DE102008049915A1

DE102008049915A1 - Elektromagnet

Info

Publication number: DE102008049915A1
Application number: DE200810049915
Authority: DE
Inventors: Georg Scherer; Winfried Willburger
Original assignee: SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromagnet, bestehend aus einem Anker und mindestens einer mit Strom beaufschlagbaren Spule. Der Anker ist im Elektromagnet an zwei Stellen positionierbar. Es wird die Anordnung einer Fixiervorrichtung vorgeschlagen, wodurch der Anker beziehungsweise das vom Anker betätigte Betätigungsglied an zumindest einer weiteren Stelle lösbar befestigbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagnet, bestehend aus einem Anker und mindestens einer, mit Strom beaufschlagbaren Spule. Der Anker ist weiterhin im Elektromagnet an zwei Stellen positionierbar.
Die eingangs beschriebenen Elektromagneten dienen in der Regel dazu, ein Betätigungsglied mit Hilfe der Bewegungen des Ankers zu steuern. Gattungsgemäße Elektromagneten besitzen zumindest eine, gegebenenfalls auch zwei, mit elektrischem Strom beauf schlagbare Spulen. Aufgrund des sich bei Strombeaufschlagung in den Spulen ausbildenden Magnetfeldes wird der magnetisierbare Anker bewegt. Er wird so an einer ersten Stelle, in der Regel seiner Endlage, positioniert. Um den Anker an einer zweiten Stelle zu positionieren, gibt es mehrere Möglichkeiten. Zunächst ist es möglich, daß die Bewegung des Ankers an die erste Stelle gegen die Kraft einer Feder erfolgt und die Feder den Anker in die zweite Stelle schiebt, wenn das Magnetfeld nicht mehr wirkt, also der Strom durch die Spule abgeschaltet ist. Alternativ ist es möglich, daß auf den Einsatz einer entsprechenden Rückstellfeder verzichtet wird und ein dem ersten Magnetfeld entgegengesetztes zweites Magnetfeld erzeugt wird, um so eine umgekehrte Bewegung des Ankers zu bewirken. Dies kann mit Hilfe einer ersten, gegebenenfalls auch zweiten Spule erfolgen.
Eingangs beschriebene Elektromagneten werden auch als Umkehrhubmagneten bezeichnet.
Durch die zuvor beschriebene Auslegung der Elektromagneten ist es möglich, den Anker und somit auch das von dem Anker betätigte Betätigungselement in zwei definierte Lagen, den jeweiligen Stellen, zu steuern. Bei vielen Anwendungen ist es aber wünschenswert, das Betätigungselement nicht nur an zwei Stellen zu positionieren, sondern an einer Vielzahl von mehreren Stellen, zumindest aber an drei Stellen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil des Standes der Technik zu überwinden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Elektromagneten, wie eingangs beschrieben, wobei eine Fixiervorrichtung vorgesehen ist, wodurch der Anker beziehungsweise das vom Anker betätigte Betätigungsglied an zumindest einer weiteren Stelle lösbar befestigbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung eröffnet nicht nur die Möglichkeit, daß der Anker und somit auch das mit dem Anker zusammenwirkende Betätigungselement an einer dritten Stelle positionierbar ist, sondern, je nach Ausgestaltung des gesamten Elektromagneten, auch an einer vierten oder an beliebig vielen anderen Stellen. Es ist dabei gleichwertig, ob die Fixiervorrichtung auf den Anker oder auf das vom Anker bewegte Betätigungsglied wirkt.
Der erfindungsgemäße Vorschlag ermöglicht dadurch eine Realisierung eines Elektromagneten mit drei oder noch mehr auswählbaren Positionen des Betätigungselementes. Der Vorteil dieser Erfindung liegt insbesondere darin, daß eine Ausgestaltung der Fixiervorrichtung in der erfindungsgemäßen Variante so wählbar ist, daß die jeweils ausgewählte Position des Ankers stromlos und somit ohne zusätzlichen Energieaufwand eingenommen wird. Für das Schalten von diskreten Zuständen ist ein solches Konzept günstig zu realisieren.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Fixiervorrichtung hat dabei unter anderem eine Verrast- bzw. Verriegelungsaufgabe, also die Aufgabe, den Anker an der gewünschten Stelle entsprechend festzulegen. Diese Festlegung erfolgt in der Weise, dass der Anker auch wieder lösbar ist, um den Anker an eine andere Stelle zu bewegen.
Für die Ausgestaltung der Fixiervorrichtung sind mehrere Varianten denkbar. In einer Ausgestaltung als Verriegelung sind unter Umständen sehr hohe Kräfte notwendig, um die Verriegelung nur durch die Bewegung des Ankers zu überwinden. Es sind aber auch erfindungsgemäß Konzepte vorgesehen, bei welchen die Fixiervorrichtung mit einer entsprechenden Rastkraft auf den Anker wirkt und die Fixierung durch die Fixiervorrichtung durch eine entsprechende Bewegungskraft am Anker, die höher ist als die Rastkraft, überwunden werden kann. Dies macht deutlich, daß die Ausgestaltung der Fixiervorrichtung nicht nur eine aus schließliche Verriegelungsaufgabe hat, sondern auch eine Halte- bzw. Festlegfunktion, die auch wieder einfach lösbar ist. Natürlich ist hier die Ausgestaltung der Fixiervorrichtung dem jeweiligen Anwendungszweck des erfindungsgemäßen Elektromagneten anpaßbar.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Fixiervorrichtung ist in verschiedener Weise erfindungsgemäß an Elektromagneten realisierbar. In einer ersten Variante ist vorgesehen, die Fixiervorrichtung im Elektromagneten, insbesondere am Anker anzuordnen. Eine solche Anordnung ist ausgesprochen platzsparend, da die äußere Baugröße des Elektromagneten durch die Anordnung der Fixiervorrichtungen nicht verändert wird. Auch ist die Fixiervorrichtung, die eine gewisse Rast- oder Riegelfunktion ausführt, gut vor äußeren Einflüssen geschützt und unverlierbar im Elektromagneten angeordnet.
Bei einer anderen erfindungsgemäßen Variante ist die Fixiervorrichtung an dem Betätigungsglied angeordnet. Das Betätigungsglied ist – wie bereits beschrieben – dasjenige Element, auf welches der Anker wirkt und welches auf ein entsprechendes Stellglied oder ähnliches gerichtet ist.
Durch die Anordnung der Fixiervorrichtung an dem Betätigungsglied vergrößert sich unter Umständen die Baugröße des erfindungsgemäßen Elektromagneten. Allerdings ist es so relativ einfach möglich, ohne die magnetischen Eigenschaften des Elektromagneten zu beeinträchtigen, eine Mehrzahl von Stellen vorzusehen, bei welchen der Anker beziehungsweise das Betätigungsglied in gewünschten Weise lösbar positionierbar ist.
Die Anordnung der Fixiervorrichtung außerhalb des Elektromagneten, also an dem Betätigungselement, erlaubt es auch, die Fixiervorrichtung relativ zum Elektromagneten und somit auch relativ zum Betätigungselement für Einstellzwecke zu justieren.
Die Fixiervorrichtung umfasst mindestens ein Rastelement. Das Rastelemt ist für das Festlegen des Ankers entweder unmittelbar oder mittelbar über das Betätigungsglied (z. B. eine Ankerstange) verantwortlich. Bevorzugterweise ist das Rastelement z. B. als Stange, Bolzen, Stift oder Kugel ausgebildet.
Des weiteren wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Fixiervorrichtung ein Betätigungselement für das Rastelement umfasst. Erfindungsgemäß ist die Fixiervorrichtung so ausgebildet, daß der Anker an zumindestens einer weiteren Stelle lösbar festlegbar ist. Hierzu ist in geeigneter Weise das Rastelement zu bewegen, also zu betätigen, wofür ein Betätigungselement vorgesehen ist. Geschickterweise kann die notwendige Bewegung des Rastelementes aber auch von der Bewegung des Ankers bzw. des Betätigungselementes abgeleitet sein oder aber die Spule des Elektromagneten dient geschickterweise auch als Betätigungselement für das Rastelement. Zum Beispiel wird in einer erfindungsgemäßen Alternative vorgesehen, eine radial verlaufende Magnetisierung der Spule für eine Bewegung des Rastelementes einzusetzen.
Das Betätigungselement hat dabei des weiteren die Aufgabe, entweder für ein Ein- oder Ausrasten (oder auch für beides) des Rastelementes zu sorgen. Die Ausgestaltung des Betätigungselementes ist dabei sehr variabel. Dieses kann z. B. als auf das Rastelement wirkende Feder oder als Permamentmagnet realisiert sein. Auch ein mit Strom beaufschlagbarer Betätigungsmagnet ist als erfindungsgemäßes Betätigungselement ebenfalls vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Rastelement ein Stift, Balken, Bolzen oder eine Kugel vorgesehen ist. Für die Bewegung des Rastelementes bieten sich daher mehrere Varianten an. Zum Beispiel wird eine Kugel oder ein Stift gerade, also in einer Längsbewegung, bewegt, ein Balken wird z. B. in die Rastposition geschwenkt. Der Einsatz einer Kugel zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie als einfaches, präzises oder kostengünstiges Rastelement zur Verfügung steht.
Der Einsatz eines Stiftes oder Bolzens als Rastelement erfolgt dabei z. B. mit Hilfe eines Verriegelungsmagneten. Rechtwinklig zur Längserstreckung des Ankers bzw. dessen Ankerstange ist hierzu die Bewegungsrichtung des Bolzens oder des Stiftes vorgesehen, der gleichzeitig auch als Anker für einen einfachen Verriegelungsmagneten (als Betätigungselement) dient. Geschickterweise besitzt dabei der Elektromagnet zwei axial zueinander beabstandete, jeweils mit elektrischem Strom beaufschlagbare Spulen, und der Bolzen wirkt zwischen den beiden Spulen auf den Anker des Elektromagneten. Der Anker besitzt hierzu eine entsprechende Rastöffnung, die z. B. als separate Lochplatte ausgebildet ist, die an der gewünschten Stelle im Anker eingesetzt ist. Die Merkmale einer solchen Anordnung sind folgende:

– Es geschieht eine stabile Fixierung durch Formschuß.
– Durch eine Anpassung des Verriegelungskonus im vorderen, mit dem Anker zusammenwirkenden Ende des Stiftes, wird die Zentrierfähigkeit bzw. das Einrückverhalten und auch die Ausrückkraft, also die Kraft zum Herausziehen des Rastelementes, optimiert.
– Der Verriegelungsmagnet verriegelt stromlos mit Hilfe einer Feder, das heißt, bei Betätigung des Verriegelungsmagnetes wird der Stift gegen die Kraft der Feder zurückgezogen.

In einem anderen erfindungsgemäßen Lösungskonzept, das auf das gleiche Prinzip aufbaut, wie das oben ausgeführte Beispiel, wird anstelle eines längsbewegbaren Stiftes ein federbelasteter Balken vorgesehen, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist und in eine entsprechende Rastnut oder Rastöffnung am Anker eingreift. Die Rückzugbewegung des Balkens erfolgt dabei wiederum mit einem Verriegelungsmagneten.
In einem anderen erfindungsgemäßen Konzept, unter Ausnutzung eines Stiftes zur Fixierung bzw. Verriegelung der Ankerstellung, wird ein Stift, der wiederum zwischen den beiden Spulen eines Umkehrhubmagnetes auf den Anker wirkt (seine Bewegungsrichtung ist rechtwinklig zur Längserstreckung des Ankers bzw. der Ankerbewegung), von einem Schwenkhebel betätigt. Der Schwenkhebel hat um einen ersten Schenkel eine gabelartige Gleitführung, mit welchem dieser auf den Stift wirkt und ist um eine Schwenkachse beweglich gelagert. Rechtwinklig zu diesem ersten Schenkel des Schwenkhebels ist ein zweiter Schenkel vorgesehen, der mit dem Anker des Verriegelungsmagneten zusammenwirkt. Die Bewegung des Ankers des Verriegelungsmagneten ist dabei im wesentlichen parallel zur Bewegung des Ankers des Elektromagneten. Diese Bewegung des Ankers des Verriegelungsmagneten wird durch die Anordnung des Schwenkhebels in eine rechtwinklige Bewegung des Stiftes, bezogen auf die Ankerbewegung des Elektromagneten, umgesetzt. Das Betätigungselement umfasst in diesem Ausführungsbeispiel neben dem Verriegelungsmagneten auch den schwenkbar gelagerten Schwenkhebel.
Soweit im Zusammenhang mit dieser Anmeldung nur von Fixierung oder Festlegung des Ankers gesprochen wird, ist darunter natürlich auch die Festlegung des Betätigungsgliedes analog zu verstehen. Dies gilt auch im umgekehrten Sinne.
Erfindungsgemäß wird der Einsatz eines (zum Beispiel permanentmagnetischen) Stiftes oder Bolzens mit einem zusätzlichen Rast- oder Verriegelungsmagneten kombiniert. Dieser zusätzliche Rast- oder Verriegelungsmagnet ist in geeigneter Weise in dem Elektromagneten angeordnet und durchdringt das Spulenstützrohr, welches die beiden Spulenkörper trägt. Die Entriegelungsbewegung (Rückzugsbewegung des Stiftes oder Bolzen) wird dann, zum Beispiel bei abgeschaltetem Magnetfeld des Verriegelungsmagneten, durch den permanentmagnetischen Stift oder Bolzen unterstützt. Es ist aber auch möglich, nur einen federbelasteten Stift vorzusehen, der nicht durch einen zusätzlichen Rast- oder Verriegelungsmagneten betätigt wird und bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Oberfäche des Ankers die Lösbarkeit des Ankers aus einer fixierten Stellung durch eine entsprechende höhere Bewegungskraft, die die Rastkraft überschreitet, zu erreichen. Bei einer solchen Anordnung ist eine Durchdringung des Spulenschützrohres nicht erforderlich, was die Dichtigkeit der gesamten Anordnung erhöht. Die Federkraft ist bevorzugt einstellbar ausgebildet, um dadurch die Anordnung dem jeweiligen Einsatzbereich anzupassen.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag ist vorgesehen, daß die Fixiervorrichtung zwei Federn umfaßt, deren Wirkrichtung entgegengesetzt ist und die Federn auf den Anker und/oder das Betätigungsglied wirken. Die Erfindung sieht dabei mehrere Varianten vor. Zunächst ist es möglich, daß die beiden Federn auf den Anker wirken, also im Ankerraum des Elektromagneten angeordnet sind. Bei einer anderen Variante wirkt eine Feder auf den Anker und die andere auf das Betätigungsglied, z. B. außerhalb des Elektromagneten.
In einer dritten Variante sind beide Federn an der Ankerstange, bzw. dem Betätigungsglied angeordnet.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung der Fixiervorrichtung mit Hilfe von zwei Federn wird z. B. platzsparend mit Hilfe einer Stufenfederanordnung realisiert. Dabei werden zwei Federn mit unterschiedlichem Durchmesser ineinander gesteckt, wobei zwischen den beiden Federn ein topfartiges Bauelement vorgesehen ist, und sich die erste Feder an dem Boden des Topfes und die zweite, außenliegende Feder, an dem nach außen umgebörtelten Außenrand des Topfes abstützt. Die beiden freien Enden der beiden Federn stützen sich einerseits an dem Anker und anderseits an dem Ankerkern, welcher den Ankerraum begrenzt, ab.
Die Anordnung wird mit Hilfe zweier Federn und ohne zusätzliche Rastöffnungen oder Rastelemente realisiert, der Aufbau ist einfach, der Aufwand gering. Für die Bewegung des Ankers bzw. des Betätigungselementes ist jeweils die Federkraft zu überwinden.
In einer weiteren, erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Fixiervorrichtung als Schnappfederverrastung realisiert ist. Bevorzugt am Betätigungsglied ist zumindest eine Mitnehmerscheibe vorgesehen. Das Schnappelement besteht aus einem Federelement, welches bei Längsbewegung des Betätigungsgliedes bzw. der Mitnehmerscheibe zurückweichen kann, und in einer gewünschten Stelle ein Einschnappen erlaubt.
Die Freigabe der Mitnehmerscheibe bzw. des Betätigungsgliedes erfolgt dabei entweder in der Weise, daß das Schnappelement durch einen separaten Betätigungsmagneten zurückgezogen wird, und so die Mitnehmerscheibe freikommt oder aber die Haltekraft der Schnappfederverrastung wird durch eine entsprechende Erhöhung der Bewegungskraft, die der Bewegung des Ankers abgeleitet ist, überwunden. Dabei wird die Schnappfeder wieder verbogen. Das bedeutet, ähnlich wie die Mitnehmerscheibe in dem Schnappelement eingerastet ist, rastet diese auch aus jener wieder aus.
Es ist klar, daß die erfindungsgemäß vorgesehene Fixiervorrichtung nicht nur Rast- oder Verriegelvorrichtungen umfaßt, sondern auch relativ einfach lösbare Schnappvorrichtungen.
Erfindungsgemäß ist es dabei möglich, eine entsprechende Schnappfederverrastung, sowohl – wie beschrieben – am Betätigungsglied, also außerhalb des Ankerraumes, zu realisieren. In gleicher Weise ist es auch möglich, die Schnappfederverrastung auch im Elektromagneten, also am Anker zu realisieren. In beiden Realisierungsvarianten ist natürlich der Einsatz eines separaten Betätigungsmagneten möglich.
Bei einer Schnappfedervorrichtung, die aus einem entsprechend gebogenen federnden Metallteil bestehen mag, ist das Betätigungselement mit dem Rastelement einstückig kombiniert. Es sind auch andere Varianten möglich, bei welchen Betätigungselement und Rastelement ineinander integriert sind. Üblicherweise bestehen diese aber aus zwei verschiedenen Bauteilen.
In einer erfindungsgemäßen Variante der Erfindung ist auch als Betätigungselement auch eine Feder, ein Permanentmagnet oder ein mit elektrischem Strom beaufschlagbarer Betätigungsmagnet (auch als Rast- oder Verriegelungsmagnet beschrieben) vorgesehen.
Hierbei ist zu betonen, daß der Verriegelungsmagnet nicht auf die Funktion des Verriegelns alleine zu betrachten ist, sondern in gleicher Weise natürlich auch ein Entriegeln oder Freigeben des Rastelementes umfasst, hierin ist kein Widerspruch zu sehen. Es ist erfindungsgemäß auch durchaus vorgesehen, daß eine Fixiervorrichtung zwei Betätigungselemente, gegebenenfalls auch zwei verschiedene Betätigungselemente, umfasst, z. B. daß das Rastelement mit Hilfe einer Feder in Eingriff mit dem Anker oder Betätigungsglied des Elektromagneten gelangt und dann das Rastelement mit Hilfe eines zweiten Betätigungselementes, z. B. des Betätigungsmagneten, wieder zurückbewegt wird und so den Anker beziehungsweise das Betätigungsglied wieder freigibt.
Es ist klar, daß das Betätigungselement eine Anordung ist, welche das Einrasten des Rastelementes, wie auch das Ausrasten des Rastelementes, also das Lösen des an der weiteren Stelle festgelegten Ankers bewirkt.
In einer erfindungsgemäßen Variante ist vorgesehen, daß der Anker mit einer Fixierkraft in der weiteren Stellung gehalten ist, und der Anker durch ausreichendes Bestromen der Spule die Fixierkraft überwindet und der Anker sich an eine andere Stelle bewegt. Bei einem solchen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist ein separates Betätigungselement für das Freigeben der Fixierung des Ankers an einer gewissen Stelle nicht notwendig. Das Rastelement hält die Einheit von Anker und Betätigungsglied über eine entsprechende Fixier- bzw. Rastkraft in der weiteren Stellung. Durch die Bestromung der Spule und des sich daraus entwickelnden Magnetfeldes wird eine Bewegung des Ankers bewirkt. Bei entsprechender Dimensionierung der Bestromung, die selbstverständlich nicht zu einer Zerstörung des Spulendrahtes führen sollte, ist die Kraft bestimmbar, durch welche sich der Anker beziehungsweise das Betätigungsglied aus der Fixierung/Verrastung löst.
Es ist klar, daß der freigegebene Anker bzw. das Betätigungsglied sich dann an eine weitere Stelle bewegt. Dies kann eine jeweilige Endstellung bzw. Endlage des Ankers sein, die einen definierten Zustand darstellt oder aber an dem erfindungsgemäßen Elektromagneten können auch weitere Stellen vorgesehen sein, in welchen der Anker bzw. das Betätigungsglied in beschriebener Weise gehalten wird.
Üblicherweise liegt die Fixier- bzw. Rastkraft z. B. im Bereich von 20 N bis 50 N, bevorzugt ca. 35 N bis 45 N, insbesondere ca. 40 N. Es ist klar, daß für entsprechende Anwendungsbereiche auch höhere Fixierkräfte vorgesehen sind, also zwischen 50 N und 200 N, oder höher. In speziellen Anwendungsfällen liegt die Rastkraft auch unterhalb dieser Intervalle, zum Beispiel von 0,01 N bis 20 N. Dies ist zum Beispiel bei filigranen Anwendungen günstig, bei welchen geringe Kräfte übertragen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Anker mindestens eine, insbesondere radial angeordnete Aufnahme aufweist, welche das Rastelement, insbesondere eine Kugel oder einen Stift, aufnimmt und einen einen Anker umgebenden Ring, eine Scheibe oder mindestens eine Rastöffnung für das Rastelement besitzt. Gegebenenfalls besitzt die Ringscheibe eine entsprechend größere axiale Länge und ist ähnlich einem Rohr ausgebildet.
Die bevorzugte Ausgestaltung ist derart, daß sich die Ringscheibe zwischen den beiden in axialer Richtung hintereinander angeordneten Spulen befindet. Bezogen auf die Längsachse des Ankers (in der Regel parallel zur Bewegungsrichtung des Ankers) sind in dem Anker radial angeordnete Aufnahmen vorgesehen, die das Rastelement aufnehmen. Das Rastelement ist in dieser Ausgestaltung mit dem Anker mitbewegend, ausgebildet.
In der Ringscheibe ist eine Rastöffnung vorgesehen, die sinngemäß dem Anker zugewandt ist und geeigneterweise auf das Rastelement abgestimmt ist, damit dieses das Rastelement aufnimmt.
Gegenbenenfalls befinden sich in der Ringscheibe in axialer Richtung (bezogen auf die Längsachse des Ankers) mehrere Rastöffnungen hintereinander, durch welche weiteren Stellen definiert sind, in welchen der Anker befestigbar ist.
Das vorgenannte Konzept läßt sich aber auch in erfindungsgemäßer Weise umkehren. Demnach umfaßt die Erfindung auch eine den Anker umgebende Ringscheibe, welche mindestens eine zum Anker hin orientierte Aufnahme aufweist, welche das Rastelement, insbesondere die Kugel aufnimmt und der Anker mindestens eine Rastöffnung für das Rastelement aufweist. In diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Rastelement nicht am Anker mitfahrend, sondern im Wesentlichen ortsfest (abgesehen von seiner Ver- beziehungsweise Entriegelungsbewegung) angeordnet ist. Der Anker besitzt eine Rastöffnung, die natürlich mit der Bewegung des Ankers mitfährt und entsprechend in Position gebracht wird, falls das Rastelement in die Rastöffnung einzugreifen hat.
Die beiden vorgenannten Ausführungsbeispiele betreffen Anordnungen, bei welchen die Fixiervorrichtung im Inneren des Elektromagneten, von diesem also gut geschützt und verdrehsicher angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Konzept umfasst aber auch eine Lösung, bei welcher das Betätigungsglied einen Rastkörper mit einer oder mehreren Rastöffnungen aufweist, und die Fixiervorrichtung ein Rastelement aufweist, welches mit der Rastöffnung des Rastkörpers zusammenwirkt. Somit ist eine Anordnung getroffen, derart, dass die Rastöffnung mit dem Betätigungsglied mitfahrend ausgebildet ist. Die Bewegung des Ankers wirkt mittelbar oder unmittelbar auf die Bewegung des Betätigungsgliedes.
Die Erfindung umfasst dabei auch Lösungen, bei welchen die Fixiervorrichtung nicht nur ein Rastelement oder eine Gruppe von gleichzeitig wirkenden Rastelementen umfasst, sondern die Fixiervorrichtung zumindest zwei unabhängig voneinander ansteuerbare einzelne Rastelemente oder Gruppen von Rastelementen besitzt. Es kann natürlich eine größere Anzahl solcher Gruppe vorgesehen sein. Mit einer entsprechend größeren Anzahl von Gruppen ist eine feinere Abstimmung möglich. Die Breite des Rastelementes definiert letztendlich die minimalste diskrete Stelle, an welcher der Anker beziehungsweise das Betätigungsglied festzulegen ist. Mit der Anordnung eines zweiten Rastelementes beziehungsweise einer Gruppe von Rastelementen, welches zum ersten Rastelemente beziehungsweise welche zur ersten Gruppe von Rastelementen versetzt ist/sind, ist es möglich, eine feinere Abstufung zu erreichen.
Die Rastöffnung ist dabei zum Beispiel als radiale Bohrung oder als Ringnut und so weiter ausbildbar.
Der vorgenannte erfindungsgemäße Vorschlag gilt natürlich auch für erfindungsgemäße Elektromagneten, bei welchen die Fixiervorrichtung am Anker, das heißt, im Elektromagneten realisiert ist.
Zu dem vorgenannten erfindungsgemäßen Konzept besteht nach der Erfindung aber auch eine kinematische Umkehr, bei welcher das Rastelement auf dem Betätigungsglied angeordnet ist und der Elektromagnet einen im Elektromagneten feststehenden Rastkörper mit einer oder mehreren Rastöffnungen aufweist. Geschickterweise ist dabei der Rastkörper zum Beispiel in axialer Richtung neben der Spule des Elektromagneten vorgesehen. Nach diesem Vorschlag bewegt sich das Rastelement mit dem Betätigungsglied mit.
Die Rastöffnung ist zum Beispiel als Nut oder Sackbohrung oder ähnliches (zum Beispiel als Absatz usw.) ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rastöffnung zumindest in Bewegungsrichtung des Ankers von Wänden begrenzt ist, und die Wand mit der Bewegungsrichtung einen Winkel kleiner 90°, bevorzugt kleiner 75°, 60° oder 45° einschließt. Durch eine solche Ausgestaltung ist es möglich, durch die Bewegung des Ankers das Rastelement gegen die entsprechende Rast- beziehungsweise Fixierkraft aus der weiteren Stelle zu bewegen. Auf einen separaten Antrieb, zum Beispiel einen entsprechenden Betätigungsmagneten oder ein Betätigungselement für das Zurückziehen des Rastelementes, kommt es da nicht an.
In einer bevorzugten Variante wird eine Kugelführung in der Aufnahme aus V2A-Stahl vorgesehen, welche zum einen sehr verschleißarm, korrosionsbeständig, aber auch die magnetischen Eigenschaften nicht beeinträchtigend ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Elektromagnet als Umkehrhubmagnet realisiert ist. Umkehrhubmagnete bestehen in der Regel aus zwei Magnetsystemen, das heißt, aus zwei axial hintereinander angeordneten, mit Strom beaufschlagbaren Spulen, die auf einen gemeinsamen Anker wirken. Die Hubbewegung des Ankers erfolgt durch elektromagnetische Krafteinwirkung von einer in die andere Endlage und umgekehrt, was den beiden Stellungen, in welche der Anker positionierbar ist, entspricht.
In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel gezeigt. Neben den hier ausgeführten Ausführungsbeispielen besteht eine Vielzahl weiterer Realisierungsmöglichkeiten, die Zeichnungen beschränken den Einsatzbereich der Erfindung nicht.
Es zeigen:
1a bis 1d in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromagneten in verschiedenen Positionen und
2a bis 2h ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromagneten in verschiedenen Lagen je in einer Schnittdarstellung (2b, 2d, 2f, 2h) sowie einer hierzu rechtwinkeligen Schnittdarstellung (2a, 2c, 2e, 2g) auf Höhe der Aufnahme der Fixiervorrichtung in 2b, 2d, 2f, 2h.
In den 1a bis 1d ist ein erstes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Elektromagneten gezeigt. Der hier dargestellte Elektromagnet ist als Umkehrhubmagnet realisiert, das bedeutet, zwei um ein Zwischenstück 20 axial versetzt angeordnete Spulen, eine erste Spule 2 und eine zweite Spule 3, wirken, je nach ihrer Strombeaufschlagung, auf einen beweglich gelagerten Anker 1. Die Spule 2, 3 trägt eine Stromwicklung, die mit Anschlussleitungen an eine Stromversorgung (mit entsprechender Steuerung) angeschlossen ist und den elektrischen Strom leitet.
Bei Strombeaufschlagung bewegt sich der Anker 1 zum Beispiel von der rechten Endlage (die zweite Spule 3 ist bestromt) zu der linken Endlage (bei welcher die erste Spule 2 mit Strom beaufschlagt ist). Dabei hat der Anker immer das Bestreben, den Luftspalt, der sich zwischen dem Anker und dem jeweiligen Ankerkern (21, 31) ergibt, zu schließen.
Die Ausgestaltung eines solchen Elektromagneten ist hinlänglich bekannt.
Der Anker 1 wirkt auf ein Betätigungsglied 10, welches hier zum Beispiel als Ankerstange 10 ausgebildet ist. Im linken Bereich des Elektromagneten trägt das Betätigungsglied 10 ein Rastkör per 6 mit einer Mehrzahl von Rastöffnungen 60, 60', 60''.
Der Rastkörper 6 ist dabei zum Beispiel rotationssymmetrisch (um die Ankerachse 12) ausgebildet und die Rastöffnungen 60, 60', 60'' sind zum Beispiel als Umfangsnuten realisiert. Es ist aber auch möglich, diese zum Beispiel als Sacklochbohrung oder ähnliches zu realisieren.
Die drei Rastöffnungen 60, 60', 60'' sind dabei auf dem Rastkörper 6 derart angeordnet, dass sie in Richtung der Ankerachse 12 gesehen hintereinander liegen.
Der Rastkörper 6 ist Teil der Fixiervorrichtung 4. Mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fixiervorrichtung 4 wird erreicht, dass der Anker 1 beziehungsweise das Betätigungsglied/Ankerstange 10 an zumindest einer weiteren Stelle 50 neben den zwei Stellen, in welchen der Anker in seinen Endlagen an den jeweiligen Ankerkernen 21, 31 anliegt, lösbar festgelegt ist.
Die weitere Stelle 50 ist in der in 1a gezeigten Lage gerade eingenommen, das heißt, der Anker 1 befindet sich zwischen den beiden Stellen seiner Endlagen. Die so eingenommene Position des Betätigungsgliedes 10 wird durch die Fixiervorrichtung 4 gehalten. Hierzu greift ein als Kugel ausgebildetes Rastelement 40 in die mittlere Rastöffnung 60' derart ein, dass die Ankerstange 10 axial nicht mehr versetzbar ist. Für die Bewegung des Rastelementes 40 sind nach dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Betätigungselemente 41, 42 vorgesehen. Mit Hilfe einer Feder 41 wird das Rastelement 40 in die Rastöffnung 60' geschoben. Ein axiales Versetzen der Ankerstange 10 wird damit unterbunden. Der Einsatz des zweiten Betätigungselmentes 42 ist insbesondere in 1b gezeigt. Das zweite Betätigungselement 42 ist als Betätigungsmagnet ausgebildet und wird in der in 1b gezeigten Lage derart mit Strom beaufschlagt, dass das Rastelement 40 entgegen der Kraft des als Feder ausgebildeten Betätigungselementes 41 nach oben (siehe Pfeil 43) gezogen wird. Das Rastelement kommt aus der Rastöffnung 60 heraus und gibt dieses frei. Die Lage des Ankers 1 beziehungsweise des Betätigungsgliedes/Ankerstange 10 wird durch das Rastelement 40 nicht mehr festgehalten.
Es ist angenommen, dass dann die Spule 2 derart mit Strom beaufschlagt wird, so dass der Anker 1 insgesamt nach links (siehe Pfeil 11) versetzt wird, um den Luftspalt zum Ankerkern 21 zu überwinden.
Diese neue Stelle 51 hat der Anker 1 und das/die damit starr verbundene Betätigungsglied/Ankerstange 10 beziehungsweise der Rastkörper 6 in der 1c erreicht.
In 1c ist das Rastelement 40 immer noch oben angeordnet, derart, dass die Verschiebbarkeit des Rastkörpers 6 nicht behindert wird. Dies wird durch eine entsprechende Beaufschlagung der Spule des Betätigungsmagneten 42 mit elektrischem Strom erreicht. Der Stromfluss wird in 1d wieder abgeschaltet. Damit fällt die nach oben gerichtete Anzugskraft des Betätigungsmagneten 42 weg und das Rastelement 40 wird wieder durch die nach unten gerichtete Federkraft des Betätigungselementes 41 (als Feder ausgebildet), bewegt (beachte Pfeil 44). Das als Kugel ausgebildete Rastelement 40 ist in 1d in die rechte Rastöffnung 60'' eingerastet und hält den Anker 1 in seiner linken Endlage an der Stelle 51. Ein wesentlicher Vorzug der Erfindung liegt insbesondere darin, dass die Fixierung stromlos erfolgt, das heißt, es ist nur dann Energie aufzuwenden, wenn tatsächlich eine Lageveränderung des Ankers beziehungsweise des Betätigungsgliedes gewünscht ist.
Die weitere Stelle 50, an welcher der Anker 1 beziehungsweise das Betätigungsglied 10 lösbar festgelegt ist, befindet sich zwischen den beiden Stellen, zwischen welchen sich der Anker 1 zu bewegen vermag, dies entspricht seinen Endlagen.
In dem in den 2a bis 2h dargestellten zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der prinzipielle Aufbau des Elektromagneten, also seine Anordnung von Anker und Spulen zu dem in den 1a bis 1d gezeigten Aufbau im Wesentlichen gleich. Allerdings ist die Fixiervorrichtung 4 hier anders ausgeführt, sie befindet sich innerhalb des Elektromagneten. An Stelle des Zwischenstückes 20 aus 1a werden in diesem hier gezeigten Ausführungsbeispiel die beiden Spulen 2, 3 von einer Ringscheibe 22 beabstandet. Die Ringscheibe 22 umfasst den Anker 1. Dem Anker 1 zugewandt ist in der Ringscheibe 22 eine nutartige Rastöffnung 60 vorgesehen.
In 2f ist gut zu erkennen, dass die die Rastöffnung seitlich begrenzenden Wände 61, sie liegen auch gleichzeitig in Richtung der Bewegungsrichtung 11 des Ankers, mit der Bewegungsrichtung 11 einen spitzen Winkel, kleiner 90° einschließen.
Eine solche Ausgestaltung erlaubt es, bei einer Bewegung des Ankers 1 aus der fixierten Stelle 50 die Fixierung eigenständig zu überwinden und zu lösen, natürlich mit einem größeren Kraftaufwand wie sonst.
In der in 2b gezeigten Lage befindet sich der Anker 1 in seiner rechten Endlage, deren Stelle mit 52 gekennzeichnet ist. Der Anker besitzt mittig eine Aufnahme 13, in welcher die als Kugeln ausgebildeten Rastelemente 40, 40', 40'', 40''' vorgesehen sind. In der in 2b gezeigten Stellung sind die Rastelemente 40 bis 40''' nicht aktiv und vollständig in die Aufnahme zurückgezogen, um die axiale Bewegung 11 des Ankers 1 nicht zu behindern.
Gegenüber der Stellung nach 2b und der in 2d gezeigten Lage, wurde der Anker 1 und somit auch seine Ankerstange 10 nach links versetzt. Die Rastelemente 40, 40' sind aus ihren Aufnahmen 13, 13' herausgetreten und greifen in die nutartige Rastöffnung 60 ein. Die Tiefe der Rastöffnung 60 ist dabei geringer als die Höhe beziehungsweise der Durchmesser des Rastelementes 40 beziehungsweise der Kugel, um somit ein Verklemmen und Halten des Ankers 1 an dieser Stelle 50 zu ergeben. Die übrigen Teile der Rastelemente 40, 40', 40'', 40''' befinden sich noch in deren jeweiligen Aufnahmen 13, 13', 13'', 13'''.
Im Schnitt gesehen (vergl. 2c) sind insgesamt vier diametral gegenüberliegende und jeweils im rechten Winkel voneinander beabstandete Aufnahmen 13, 13', 13'', 13''' vorgesehen. Es kann natürlich auch mit einer geringeren Anzahl von Aufnahmen der gleiche Effekt erreicht werden.
Für die Bewegung der Rastelemente 40, 40', 40'', 40''' aus deren jeweiligen Aufnahmen 13, 13', 13'', 13''' heraus, ist ein entsprechendes Betätigungselement 45 vorgesehen, welches hier als Permanentmagnet realisiert ist und auf die magnetisierbaren Rastelemente 40 wirkt. Die Polarisierung ist so gewählt, dass die Rastelemente 40 radial nach außen (bezogen auf die Ankerachse 12) gezogen werden und so in die Rastöffnung 60 haltend eingreifen.
Um die fixierte Lage des Ankers 1 an der Stelle 50 (Mittelstellung) wieder zu lösen, bestehen mehrere Alternativen. Wie bereits ausgeführt wird eine entsprechend höhere Kraft auf den Anker 1 mit Hilfe der Spulen 2, 3 eingeprägt und die als Kugeln ausgebildeten Rastelemente 40 gleiten an den schrägen Wänden 61 der Rastöffnung 60 wieder zurück in die jeweiligen Aufnahmen 13 bis 13'''.
Die Rückzugsbewegung kann aber auch von dem radialen Feldanteil der jeweiligen Magnetfelder der den Anker bewegenden Spulen 2, 3 abgeleitet sein. Die Magnetfeldlinienverteilung ist, bezogen auf die Spule, von außen nach innen und somit verlaufen die Kraftlinien radial zur Ankerachse 12. Durch entsprechende Beaufschlagung der Spule mit Strom wird ein dem Permanentmagnet entgegengesetztes Magnetfeld errichtet und die lose liegenden Kugeln als Rastelement 40 bewegen sich radial nach innen und rasten aus der Rastöffnung 60 aus. Die Situation ist in 2e und 2f gezeigt. Hernach ist der Anker 1 frei, um weiter nach links in die linke Endlage, gekennzeichnet durch die Stelle 51, bewegt zu werden. Insofern dient die Spule 2, 3 zusätzlich auch als Betätigungselement 46.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.

Claims

Elektromagnet, bestehend aus einem Anker und mindestens einer mit Strom beaufschlagbaren Spule, und der Anker im Elektromagnet an zwei Stellen positionierbar ist, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Fixiervorrichtung (4), wodurch der Anker (1) beziehungsweise das vom Anker (1) betätigte Betätigungsglied (10) an zumindest einer weiteren Stelle (50) lösbar festlegbar ist.
Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiervorrichtung (4) im Elektromagnet, insbesondere am Anker (1), angeordnet ist.
Elektromagnet nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (1) auf ein Betätigungsglied (10), insbesondere eine Ankerstange, wirkt.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiervor richtung (4) an dem Betätigungsglied (10) angeordnet ist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiervorrichtung (4) mindestens ein Rastelement (40) umfasst.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiervorrichtung (4) ein Betätigungselement (41, 42, 45) für das Rastelement (40) umfasst.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Rastelement (40) ein Stift, Balken oder eine Kugel vorgesehen ist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiervorrichtung (4) zwei Federn umfasst, deren Wirkrichtung entgegengesetzt ist und die Federn auf den Anker (1) und/oder das Betätigungsglied (10) wirken.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiervorrichtung (4) als Schnappfederverrastung ausgebildet ist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betätigungselement eine Feder (41), ein Permamentmagnet (45) oder ein mit Strom beaufschlagbarer Betätigungsmagnet (42) vorgesehen ist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappfederverrastung einen Betätigungsmagneten umfasst.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (1) mit einer Fixierkraft in der weiteren Stellung (50) gehalten ist und der Anker (1) durch ausreichendes Bestromen der Spule (2, 3) die Fixierkraft überwindet und der Anker (1) sich an eine andere Stelle bewegt.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (1) mindestens eine, insbesonders radial angeordnete Aufnahme (13) aufweist, welche das Rastelement (40), insbesondere eine Kugel, aufnimmt und eine, den Anker (1) umgebende Ringscheibe (22), mindestens eine Rastöffnung (60) für das Rastelement (40) aufweist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Anker (1) umgebende Ringscheibe (22) mindestens eine zum Anker (1) hin orientierte Aufnahme aufweist, welche das Rastelement (40), insbesondere die Kugel, aufnimmt, und der Anker (1) mindestens eine Rastöffnung für das Rastelement (40) aufweist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (10) einen Rastkörper (6) mit einer oder mehreren Rastöffnungen (60) aufweist, und die Fixiervorrichtung (4) ein Rastelement (40) aufweist, welches mit der Rastöffnung (60) des Rastkörpers (6) zusammenwirkt.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement auf dem Betätigungsglied (10) angeordnet ist und der Elektromagnet einen Rastkörper mit einem oder mehreren Rastöffnungen aufweist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastöffnung (60) zumindest in Bewegungsrichtung (11) des Ankers (1) von Wänden (61) begrenzt ist und zumindest eine Wand (61) mit der Bewegungsrichtung (11) einen Winkel kleiner 90° einschließt.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Rastöffnung (60) geringer ist als die Höhe des Rastelementes (40).
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine V2A-Kugelführung in der Aufnahme (13) vorgesehen ist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiervorrichtung (4) auch zusätzlich an den zwei Stellen, z. B. den Endlagen, den Anker beziehungsweise das Betätigungsglied lösbar festlegt.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2, 3) des Elektromagneten zusätzlich als Betätigungselement (46) wirkt.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet als Umkehrhubmagnet ausgebildet ist.