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Die Erfindung betrifft einen Schnellschaltmagnet mit einem Gehäuse, einem Konus mit Steuerteil, einem Ankerkolben, einem den Konus durchgreifenden Stößel, der bei Erregung des Schnellschaltmagneten mit seinem dem Ankerkolben abgewandten Ende aus dem Gehäuse austritt, einer im Gehäuse angeordneten Erregerspule, die zentral um den Konus und den Ankerkolben zum Antrieb desselben angeordnet ist, mit einer am Konus auf der dem Ankerkolben abgewandten Seite in einem Hohlraum angeordneter Feder, die durch einen auf dem Stößel festgelegten Federteller bei Bestromung der Erregerspule durch den Hub des Ankerkolbens mitgenommen wird und vorgespannt ist, und einer dem Ankerkolben zugeordneter, rückwärtiger Hubbegrenzung als Anschlag bei abgeschaltetem Strom.
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Derartige Schnellschaltmagnete sind aus der
US 6,929,242 B2 bekannt. Aus der
DE 102 51 851 A1 ist ein weiterer Schaltmagnet mit speziellen Anschlagflächen für den Ankerkolben in der jeweiligen Endposition bekannt. Die Endflächen bilden einen gezackten Übergangsbereich aus, wobei dadurch die radiale Komponente des Magnetfeldes zwischen den Anschlagflächen minimiert, und die energetisch optimale, axial verlaufenden Komponente zwischen den Zacken optimiert wird.
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Die
DE 39 10 461 A1 offenbart einen Magneten, der den Einrückschalter eines Anlassers bewegt. Dabei kommt es auf eine hohe Kraft, jedoch nicht auf hohe Geschwindigkeit an. Auch beim Ausschalten des Magneten ergibt sich damit keine hohe kinetische Energie, so dass es zu keinem Prellen des Ankerkolbens kommen kann.
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Ein Erfolg versprechender Ansatz zur individuellen Steuerung der Ventile für den Einspritzvorgang von Kraftstoff in einem Motor eines Kraftfahrzeuges (Kfz) ist die elektromagnetische Betätigung. Hierzu ist jedoch eine bestimmte Aktuatorik eines Schaltmagneten erforderlich.
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Die Vorteile einer derartigen variablen Ventilsteuerung für die Kraftstoffeinführung sind folgende:
- – Besserer Wirkungsgrad durch geringe Verluste am Ventiltrieb und an der Drosselklappe bei Teillast,
- – höhere Leistung durch optimierte Füllung bei Volllast,
- – besseres Ansprechverhalten, interne Abgasrückführung (AGR) und
- – verbesserter Kaltstart durch frühere Auslassöffnung.
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Der Aktuatorantrieb erfolgt von der Nockenwelle. Eine Kurbel an der Nockenwelle treibt über eine Koppelstange eine weitere Kurbel an, die koaxial zur Mitnehmer welle angeordnet ist und eine hin- und hergehende Pendelbewegung ausführt. Über einen schaltbaren Stößel wird jeweils die hin- und hergehende Pendelbewegung auf die Mitnehmerwelle übertragen. Aufgabe des Schaltmagneten ist es, eine Verriegelung in dem Kurbeltrieb durchzuführen.
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Der Aktuator hat die Aufgabe einen Stößel kurzzeitig axial zu bewegen, der wiederum einen Mitnehmer jeweils um eine Schaltstufe weiterschaltet. Die Rückstellung des Magnetankers erfolgt durch eine Feder. Der Aktuator ist für den Anbau am Motor auszulegen und hat den besonderen Umweltbedingungen, insbesondere Hochtemperatur, Motorölverträglichkeit, Vibrationsfestigkeit und Kurzschluss-Schutz gerecht zu werden.
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An einem Totpunkt der Pendelbewegung soll ein Stift in eine Bohrung in eine Scheibe eingedrückt werden, um die Kurbel mit einer weiteren Scheibe zu verbinden. Der Vorgang muss synchron zur Pendelbewegung erfolgen. Nachdem der Stößel den Stift eingedrückt hat, muss der Stößel innerhalb sehr kurzer Zeit von beispielsweise 2 bis 3 ms in die Ausgangsposition bewegt werden und darf den folgenden Bewegungsvorgang nicht mehr stören. Die Position des Stößels wird auf eine Fläche bezogen, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stößels angeordnet ist.
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Diese Fläche liegt parallel zur Fläche, auf welcher der Magnet befestigt ist. Den Abstand zwischen Stößel und Referenzfläche bezeichnet man in stromlosen Zustand des Stößels als Rückstehmaß. Falls der Magnet bestromt ist, bewegt sich der Stößel vor. Der Abstand zwischen Stößel und Referenzfläche wird in diesem Falle als Vorstehmaß bezeichnet. Die Differenz zwischen Vorsteh- und Rückstehposition ist der Hub des Magneten. In der Rückstehposition des Magneten befindet sich zwischen dem Ankerkolben und dem Konus des Hubmagneten ein Luftspalt. Falls der Magnet bestromt wird, entsteht eine Kraft, die versucht den Luftspalt zu schließen. Der Ankerkolben wird durch diese Kraft in die Vorstehposition beschleunigt. In der beschriebenen Konstruktion spannt die Magnetkraft eine Feder.
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Sobald der Stößel die Vorstehposition erreicht, schlagen der Ankerkolben und/oder der Stößel gegen einen Anschlag. Dadurch wird die Vorwärtsbewegung gestoppt.
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Der Magnetstrom wird (aktiv) ausgeschaltet und die gespannte Feder beschleunigt Stößel zusammen mit Ankerkolben in die Rückstehposition. Die potentielle Energie der gespannten Feder wird in die kinetische Energie von Ankerkolben und Stößel gewandelt.
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Sobald der Ankerkolben und der Stößel ihre Rückstehposition erreicht haben, schlagen beide Körper auf einen rückwärtigen Anschlag. Welcher Körper zuerst anschlägt, wird durch die Geometrie von Stößel, Anker, Konus und Joch bestimmt. Die Impulsenergie wird bei dem Stoß gewandelt. Falls der Stoß elastisch oder teilelastisch erfolgt, wird der Impuls des Ankers teilweise gespiegelt. Bei einem vollelastischen Stoß gegen ein feststehendes Joch wird der Stößel einen erneuten Arbeitshub ausführen (Prellen) und stört damit den Bewegungsablauf der Kurbel. Im ungünstigsten Fall kann der Stößel durch den Stift abgeschert werden.
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Allgemein sind viele Anwendungen von Schaltmagneten bekannt, bei denen ein Ankerkolben zwischen zwei festen Anschlagen hin- und herschaltet. Diese sind jedoch für den oben beschriebenen Einsatzfall für eine variable Ventilsteuerung nicht geeignet. Der Anschlag des Ankers gegen diese Anschläge wirkt sich beispielsweise wie folgt nachteilig aus:
- – durch die plötzliche Änderung des Bewegungszustandes an den Anschlägen wird die gesamte Mechanik zu Schwingungen und Ausgleichsvorgängen angeregt,
- – die beim Aufschlag entstehende Schallemission ist störend und unerwünscht,
- – durch die hohe Aufschlagenergie wird die Kontaktstelle zwischen Ankerkolben und Anschlägen mit der Zeit mechanisch deformiert; das Material kann ermüden und bei häufiger Betätigung mit der Zeit zerstört werden,
- – durch die Schläge beim Aufprall können sich Fügestellen im Magneten oder bei angrenzenden Strukturelementen lösen.
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Als weniger kritisch wurde bei Schnellschaltmagneten die unmittelbare Folge des Anschlagens, nämlich das Zurückprellen des Ankers angesehen. Daher konzentrieren sich gemäß dem Stand der Technik die Abstellmaßnahmen auf die Beseitigung der störenden Folgen des Aufpralls. Dies erfolgt beispielsweise durch den Einbau von Dämpfungselementen.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Schnellschaltmagnet der eingangs genannten Art insbesondere für das oben beschriebene Einsatzgebiet derart auszubilden, dass nach dem Ende des Rückhubs zuverlässig ausgeschlossen ist, dass der Stößel in den dem Magneten entgegen gesetzten Hubraum hinter der Referenzfläche eintaucht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Ankerkolben und der Stößel mechanisch voneinander getrennt sind, die Rückstehposition des Stößels sich in unbestromtem Zustand in einem Sicherheitsabstand hinter einer Referenz flache befindet, und zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung eine Wandlereinheit angeordnet ist, welche die kinetische Energie des Ankerkolbens aufnimmt.
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Durch die Trennung wird eine Verschiebung in der Zeit zwischen dem Zurückprellen des Stößels und des Ankerkolbens erreicht. Der Ankerkolben pellt regelmäßig erst dann zurück, wenn die Prellbewegungen des Stößels bereits abgeschlossen sind, so dass das Zurückprellen des Ankerkolbens nicht mehr schädlich ist. Hinzu kommt, dass bei dem erfindungsgemäßen Schnellschaltmagneten neben der normalen Dämpfung zusätzlich auch noch das Zurückprellen des Ankers reduziert wird.
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Von Vorteil ist, wenn die Masse des Stößels sehr viel kleiner als die des Ankerkolbens ist. Dadurch wird erreicht, dass die Prellbewegungen des Stößels schneller abklingen.
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Es hat sich bewährt, dass die Feder über Mitnehmerelemente indirekt und nur bereichsweise auf den Stößel wirkt. Dadurch hat der Stößel eine eigene Hubbegrenzung, und kann ohne wesentliche Beeinflussung durch die Feder einen Prellvorgang schnell abschließen.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Hubbegrenzung und/oder Wandlereinheit derart ausgebildet ist/sind, dass sie den Impuls derart umwandelt, dass der Impuls isotrop und/oder in nicht axialer Richtung an andere Strukturelemente weitergegeben wird (Dissipation).
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Erfindungsgemäß kann der Stößel in unbestromtem Zustand mit seiner zum Ankerkolben gerichteten Fläche plan zum Konus ausgerichtet sein.
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In vorteilhafter Weise kann der Stößel vor Hubbeginn durch eine Vorbestromung in eine Arbeitsposition dicht vor der Referenzfläche gebracht werden.
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Erfindungsgemäß kann das Element wenigstens ein Energiespeicher aus folgender Gruppe sein: Elastomer, O-Ring, Elastomerplatte mit Wulst außen, Elastomerplatte in Form einer Krone, aufgesetzter Kolben mit schwacher Rückstellfeder, aufgesetzte Kugel mit schwacher Rückstellfeder und Drahtgeflecht.
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Dabei kann das Element an der Hubbegrenzung oder am Ankerkolben befestigt sein.
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Alternativ kann das Element eine Schraubenfeder, eine ausgefüllte Kronenfeder oder eine Tellerfeder sein, die lose zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung liegen.
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Wenn die Kontaktzone zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung exzentrisch zur Achse des Ankerkolbens liegt schlägt der Ankerkolben schräg auf der Hubbegrenzung auf, sodass der Impuls teilweise als Querkraft im Ankerraum wirksam wird und die Energiedissipation durch Lagerreibung vergrößert.
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Erfindungsgemäß kann die exzentrische Kontaktzone zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung durch eine Erhebung gebildet sein.
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In vorteilhafter Weise kann die Hubbegrenzung derart ausgebildet sein, dass eine Energiedissipation durch verdrängte Luft zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung bzw. Wandlereinheit erfolgt. Dazu können in der Hubbegrenzung Kanäle zum gesteuerten Entweichen der Luft zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung eingebracht sein, wobei erfindungsgemäß die Kontaktzone zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung in konkaver oder linsenartiger Form ausgebildet sein kann.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Hubbegrenzung derart ausgebildet ist, dass eine Energiedissipation durch biegeschlaffes Material der Hubbegrenzung erfolgt, das Aluminiumschaum, Thermoplast mit Glaskugelfüllung, Elastomerschaum und/oder Sand sein kann.
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Erfindungsgemäß kann die Hubbegrenzung derart ausgebildet sein, dass eine hydraulische Energiedissipation durch ein Zweikammersystem in der Hubbegrenzung oder über eine lange Gleitreibungsstrecke zwischen Ankerkolben und Joch bzw. Hubbegrenzung erfolgt.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Schnellschaltmagneten in unbestromtem Zustand,
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2 Schnellschaltmagnet in bestromtem Zustand,
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3 hintere Teil des Schnellschaltmagnets mit dem Ankerkolben gemäß 1 mit kegelförmigen Boden,
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4 die Scheibe gemäß 3 und
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5 bis 11 weitere Ausbildungen zur Abbremsung des Ankerkolbens.
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In den 1 und 2 ist ein Schnellschaltmagnet in unbestromtem Zustand mit einem Gehäuse 1 dargestellt, in dem ein Ankerkolben 2 beweglich angeordnet ist. Das Gehäuse 1 ist auf der einen Seite mit einer Hubbegrenzung 3 abgeschlossen, während auf der anderen Seite ein Konus 4 angeordnet ist. In dem Konus 4 ist ein Stößel 5 gelagert, der beispielsweise eine Verriegelung in einem Kurbeltrieb bewirken soll. Der Konus 4 weist auf seiner dem Ankerkolben 2 zugewandten Seite eine Vertiefung auf, in die der Ankerkolben 2 bei Bestromung eingreift. Auf der anderen Seite ist der Konus 4 mit einer Aussparung versehen die durch eine Führung 6 für den Stößel 5 abgedeckt ist, so dass sich ein Federraum bildet. An dem Konus 4 ist ein Befestigungsflansch 7 zur Montage des Schnellschaltmagnets beispielsweise an einem Motor eines Kfz vorgesehen.
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In dem Federraum stützt sich eine Feder 8 an der Führung 6 ab und drückt in der Ruhestellung über einen Federteller 9 und eine Hülse 10 auf den Stößel 5, so dass dieser mit der dem Ankerkolben 2 zugewandten Seite des Konus 4 fluchtet, wobei der Federteller 9 in der Ruhestellung in einem äußeren Federraumbereich und die Hülse 10 in der Ruhestellung in einem inneren Federraumbereich auf dem Konus 4 aufliegen. Das bedeutet, dass die Hülse 10 mit dem Stößel 5 verbunden ist und die Feder 8 über den Federteller 9 auf die Hülse 10 wirkt und damit den Stößel 5 mitnimmt bzw. der Stößel 5 die Feder 8 auf diesem Wege spannt.
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Der Luftspalt zwischen Konus 4 und einem den Ankerkolben 2 umgebenden Joch 11 wird von einer Erregerspule 12 umfasst, die den Ankerkolben 2 bei Bestromung auslenkt. In einer ersten Stärke der Bestromung wird der Ankerkolben 2 leicht gegen den Stößel 5 gedrückt, so dass keine oder nur eine geringe Auslenkung des Stößels 5 erfolgt. In einer zweiten Stärke der Bestromung wird der Ankerkolben 2 derart gegen den Stößel 5 gedrückt, dass dieser entgegen der Kraft der Feder 8 aus der Führung 6 ragt und dadurch eine Verriegelung in einem nicht dargestellten Kurbeltrieb bewirkt.
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Am Boden des Ankerkolbens 2 ist eine Dämpfungsscheibe 13 angebracht, die bewirkt, dass der Aufprall des Ankerkolbens 2 bei Unterbrechung der Bestromung abgefangen und die Energie des Ankerkolbens 2 zwischengespeichert wird.
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Die Öffnung der Führung 6 bildet eine Referenzfläche 14 senkrecht zur Mittelachse des Stößels 5. In unbestromtem Zustand des Schnellschaltmagnets bildet die Vorderkante des Stößels 5 die Rückstehposition 15. Bei leichter Bestromung verbleibt der Stößel 5 in seiner Stellung oder wird bis knapp vor die Referenzfläche 14 bewegt. Bei voller Bestromung werden der Ankerkolben 2 und der Stößel 5 gegen einen Anschlag im Konus 4 gedrückt, so dass der Stößel 5 bis zu einer Vorstehposition 16 reicht und beispielsweise in einen Kurbeltrieb eingreift und dessen Verriegelung bewirkt.
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Wird der Schnellschaltmagnet abgeschaltet, beschleunigt die Feder 8 den Stößel 5 und damit den Ankerkolben 2 über den Federteller 9 und die Hülse 10 nach hinten. Zuerst schlägt der Federteller 9 auf dem Konus 4 auf, so dass der Stößel 5 und der Ankerkolben 2 von der Federkraft abgekoppelt werden und keine weitere Beschleunigung erfahren. Anschließend schlägt die Hülse 10 in einer Vertiefung des Konus 4 auf, so dass der Stößel 5 abgebremst wird. Sollte er Prellen, so kann der aufgrund seines geringen Gewichts nicht gegen die Kraft der Feder 8 weiter als bis zum Rückstehposition 15 schnellen. Der Ankerkolben 2 wird weiter bewegt, bis die Dämpfungsscheibe 13 auf der Hubbegrenzung 3 aufschlägt und den Aufprall des Ankerkolbens 2 abfängt. Durch die Dämpfungsscheibe 13 wird die Energie zwischengespeichert und erst nach einer gewissen Zeit mit geringerer Amplitude an den Ankerkolben 2 übertragen, der zwar nun prellen kann, dessen Auswirkungen aber keine Beeinträchtigung des Schaltverhaltens mehr zeigen, da nunmehr der Schnellschaltmagnet bereits ausreichend lange vom Kurbeltrieb getrennt ist.
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In der 3 ist der hintere Teil des Schnellschaltmagnets mit dem Ankerkolben 2 dargestellt, dessen seine dem Stößel 5 abgewandte Fläche, sein Boden, mit einem Kegel 17 versehen ist, der in eine in 4 näher dargestellte, mit Einschnitten 18 versehene Gummischeibe 19 eingedrungen ist. Beim Eindringen des Kegels 17 in die Einschnitte 18 der Gummischeibe 19 wird die kinetische Energie des Ankerkolbens 2 in Wärme- und Walkenergie umgesetzt. Dadurch wird der Ankerkolben 2 einerseits stufenweise abgebremst. Durch die Verluste bei der Umwandlung der Energie ein mögliches Prellen des Ankerkolbens 2 reduziert.
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In der 5 wird der Energiespeicher bzw. -wandler durch eine Kugel 20 mit schwacher Rückstellfeder 21 gebildet, die die Kugel gegen den Ankerkolben 2 drückt. Durch die zusammengedrückte Rückstellfeder 21 wird ein Teil der Energie in der Rückstellfeder 21 gespeichert, während im Anschlag die Kugel 20 den Ankerkolben 2 auffängt. Anstelle der Kugel 20 kann auch ein Kolben eingesetzt werden.
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Eine Energiedissipation kann gemäß 6 auch durch einen vor der Hubbe grenzung 3 angeordneten Sandsack 22 erreicht werden, der den aufprallenden Ankerkolben 2 abbremst Energie umwandelnd wirkt und ein Rückprellen vermindert.
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Auch ein in der Hubbegrenzung 3 angeordnetes Drahtgeflecht 23 aus kleinen Quer- und Längsdrähten (7) kann den Ankerkolben 2 weich auffangen. Die Quer- und Längsdrähte des Drahtgeflechts 23 können, wie dargestellt, je eine getrennte Lage bilden. Sie können aber auch miteinander verflochten sein. Auch können sie beispielsweise durch Schweißpunkte miteinander verbunden sein, so dass sie ein Gitter bilden.
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Bei der Ausführungsform gemäß 8 ist auf einer Seite der Bodenfläche des Ankerkolbens 2 bzw. auf einer Seite der Hubbegrenzung 3 eine Erhebung 24, beispielsweise ein Schweißpunkt, angebracht, so dass sich beim Aufschlagen der Erhebung 24 auf die Hubbegrenzung 3 bzw. beim Aufschlagen des Ankerkolben 2 auf der Erhebung 24 der Ankerkolben 2 leicht verkantet und durch diese Energiedissipation ein Prellen vermindert wird.
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Wird die Hubbegrenzung 3 gegenüber dem Ankerkolben 2 dicht ausgeführt, so kann das in der Hubbegrenzung 3 gebildete Luftpolster den Ankerkolben 2 ab bremsen, wie dies anhand der 9 dargestellt ist, in der der Ankerkolben 2 kurz nach Abschaltung der Bestromung unmittelbar vor dem Aufschlag an der Hubbegrenzung 3 gezeigt ist. Werden nun Kanäle 25 in die Hubbegrenzung 3 eingebracht, so kann zwar Luft entweichen, sind die Kanäle 25 aber eng genug, so ist die Bremswirkung noch ausreichend. Durch die Kanäle 25 lässt sich auch der Bremsverlauf einstellen. Sind die Kanäle 25 in unterschiedlichen Höhen, wird die Bremskraft mit jedem weiteren durch den Ankerkolben 2 verschlossenen Kanal 25 größer. Wird im Boden der Hubbegrenzung 3 kein Kanal 25 eingebracht, wird der Ankerkolben 2 nach Verschluss aller seitlichen Kanäle 25 vollständig vom verbliebenen Luftpolster abgefangen.
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In der 10 ist eine weitere Ausführungsform eines Maschinenelements mit einer Elastomerplatte mit Wulst 26 als Energiespeicher dargestellt.
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Die Elastomerplatte kann auch, wie in 11 dargestellt, in Form einer Krone 27 ausgebildet sein.
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Die erfindungsgemäßen Ausbildungen des Schnellschaltmagneten erfolgen durch eine Kombination entsprechend konstruktiver Merkmale und Verfahrensmerkmale des Schnellschaltmagneten. Ergänzt werden die konstruktiven Maßnahmen noch durch die Verwendung spezieller Materialien, die eine Umwandlung der Bewegungsenergie in Wärme und Schall (Dissipation) bewirken. Diese Materialien sollen sich plastisch verformen, jedoch volumenstabil bleiben.
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Zusammengefasst offenbart die Erfindung, dass der Ankerkolben 2 und der Stößel 5 nicht mechanisch miteinander verbunden sind. Falls sich der Stößel 5 in der Rückstehposition 15 befindet, besteht kein Formschluss zwischen Stößel 5, Ankerkolben 2 und Hubbegrenzung 3. In axialer Richtung hat der Ankerkolben 2 Spiel. Die Rückstehposition 15 des Stößels 5 in unbestromtem Zustand befindet sich in einem Sicherheitsabstand hinter der Referenzfläche 14, so dass ein eventuelles ”Restgrellen” nicht mehr schädlich wirkt. Vor Hubbeginn wird der Stößel 5 durch eine Vorbestromung in eine Arbeitsposition dicht vor der Referenzfläche 14 gebracht (Verschieben des Impulses im Raum). Der Stößel 5 sollte plan zum Konus 4 sein. Zwischen Ankerkolben 2 und Hubbegrenzung 3 ist ein Maschinenelement angebracht, das die kinetische Energie des Ankerkolbens 2 zwischenspeichert und erst wieder als Impulsenergie an den Ankerkolben 2 zurückgibt, wenn das Zurückgrellen nicht mehr schädlich ist (Verschieben des Impulses in der Zeit). Die Feder 8 wirkt nur auf den Stößel 5. Die Hubbegrenzung 3 wandelt den Impuls in der Art, dass der Impuls isotrop oder in nicht axialer Richtung an andere Strukturelemente weitergegeben wird (Dissipation), wobei die Masse des Stößels 5 sehr viel kleiner als die des Ankerkolbens 2 ist. Diese Wandelung zerlegt die kinetische Energie in mehrere Teilpakete, die zeitlich und räumlich versetzt zurückgespiegelt werden und dazu noch in der Amplitude verringert sind. Bis zum Aufprall des Ankerkolbens 2 wird die gespeicherte Energie in mehrere Impulse aufgeteilt, wobei folgende Reihenfolge eingehalten wird:
Anschlag der Feder 8 an den Konus 4,
Anschlag des Stößels 5 an den Konus 4 und
Anschlag des Ankerkolbens 2 an die hintere Hubbegrenzung 3.
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Die Impulswandlung kann durch eine elastische Stoßwelle (Schall), durch Abstrahlung von Wärme (Phononen), durch Bewegung von Versetzungen (elastische Hysterese), durch Impulsübertrag in nicht axialer Richtung (Verzerrung), durch Impulsübertrag an viele kleine Massen (Kiesbett), durch Induktion von Wirbelströmen oder Verschiebungsströmen (Piezoeffekt) oder durch Wandlung in pneumatische oder hydraulische Energie (Klebeeffekte) erfolgen.
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Die allgemein bekannten ”Endlagendämpfungen” sind meistens empirisch entstandene Lösungen, die nur in dem beschriebenen Umfeld für einen einzigen Betriebspunkt eine genügende Impulsdissipation erzeugen. Durch die erfindungsgemäße Trennung in räumliche Verschiebung, Verzögerung und Verteilung ergeben sich Freiheitsgrade, um eine ausreichende Funktion in allen Betriebspunkten sicher zu stellen.
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Die Kombination der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Merkmale hat folgende Vorteile:
Wegen der Trennung von Ankerkolben 2 und Stößel 5 schlägt der Stößel 5 am Konus 4 auf; der Ankerkolben 2 schlägt an der Hubbegrenzung 3 an. Damit wird der Impuls des relativ schweren Ankerkolbens 2 an der Hubbegrenzung 3 dissipiert. Der dagegen relativ kleine Impuls des Stößels 5 und der Feder 8 wird am Konus 4 im Rahmen sehr schneller Ausgleichsvorgänge abgebaut. Umgekehrt schlägt der Ankerkolben 2 im Konus 4 auf und kann die große kinetische Energie auf eine große Fläche verteilen, ohne dass Einbußen in der Genauigkeit der Vorstehposition des Stößels zu erwarten sind. Durch die Rückstehposition 15 ”hinter” der Referenzfläche 14 hat eine nicht 100%tige Dissipation der Impulsenergie des Ankerkolbens 2 keine schädliche Wirkung für die Funktion de Gesamtsystems. Das Maschinenelement (Dämpfungselement) im Raum zwischen Ankerkolben 2 und Hubbegrenzung 3 speichert die Impulsenergie für eine gewisse Zeit, um auch langsam einsetzende Dissipationsmechanismen (z. B. Wärmeleitung) Zeit für eine Wirkung zu geben. Außerdem kann durch die Speicherung die maximale Kraft zwischen Ankerkolben 2 und Hubbegrenzung 3 limitiert werden. Dadurch können Lebensdauerprobleme an der Kontaktzone im Anschlag vermieden werden. Die Dissipation der kinetischen Energie an der Hubbegrenzung 3 verringert die Energie des reflektierten Impulses und vermeidet somit das schädliche Prellen des Ankerkolbens 2. Diese Dissipation wird teilweise als Dämpfung bezeichnet. Dämpfung ist jedoch ein Vorgang, der dem Bewegungsvorgang und nicht dem speziellen Stoßvorgang zugeordnet ist. Daher muss die unspezifische Dämpfung von der durch Gestaltung der Hubbegrenzung 3 parametrierbaren Impulsdissipation abgegrenzt werden.
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Die Ausgestaltung des erfinderischen Gegenstandes bezieht sich auf die Ausbildung des Energiespeichers und der Hubbegrenzung 3. Der Energiespeicher kann am Ankerkolben 2 angeordnet oder befestigt sein. Eingesetzt werden können Elastomere auf dem Boden des Ankerkolbens 2, ein O-Ring am Ankerkolben 2, eine Elastomerplatte mit Wulst außen, eine Elastomerplatte in Form einer Krone, ein aufgesetzter Kolben mit schwacher Rückstellfeder, eine aufgesetzte Kugel mit schwacher Rückstellfeder oder ein Drahtgeflecht.
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Als Energiespeicher kann erfindungsgemäß auch eine Schraubenfeder, ausgefüllte Kronenfeder oder Tellerfeder eingesetzt werden, die lose zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung liegen.
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Der Impuls wird teilweise als Querkraft im Ankerraum wirksam und die Energiedissipation durch Lagerreibung vergrößert, wenn die Kontaktzone zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung exzentrisch zur Magnetachse liegt, so dass der Ankerkolben schräg auf die Hubbegrenzung aufschlägt.
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Eine Energiedissipation kann durch verdrängte Luft zwischen dem Maschinenelement und der Hubbegrenzung 3 am Ankerkolben 2 bewirkt werden, wobei die Kontaktzone in konkaver oder linsenartiger Form ausgeführt sein kann.
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Ausreichende Energiedissipationen können auch durch biegeschlaffes Material in der Hubbegrenzung wie beispielsweise Aluminiumschaum, Thermoplast mit Glaskugelfüllung, Elastomerschaum und/oder Sand erzielt werden.
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Eine hydraulische Energiedissipation kann durch ein Zweikammersystem in der Hubbegrenzung erreicht werden.
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Eine lange Gleitreibungsstrecke für den Ankerkolben 2 bewirkt aufgrund einer her vorragenden Dissipation ein Abbremsen desselben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Ankerkolben
- 3
- Hubbegrenzung
- 4
- Konus
- 5
- Stößel
- 6
- Führung
- 7
- Befestigungsflansch
- 8
- Feder
- 9
- Federteller
- 10
- Hülse
- 11
- Joch
- 12
- Erregerspule
- 13
- Dämpfungsscheibe
- 14
- Referenzfläche
- 15
- Rückstehposition
- 16
- Vorstehposition
- 17
- Kegel
- 18
- Einschnitte
- 19
- Gummischeibe
- 20
- Kugel
- 21
- schwache Rückstellfeder
- 22
- Sandsack
- 23
- Drahtgeflecht
- 24
- Erhebung
- 25
- Kanäle
- 26
- Elastomerplatte mit Wulst außen
- 27
- Elastomerplatte in Form einer Krone