DE102017120804A1

DE102017120804A1 - Magnetaktorvorrichtung

Info

Publication number: DE102017120804A1
Application number: DE102017120804.6A
Authority: DE
Inventors: René Schnetzler; Thomas Schiepp
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-03-14
Also published as: WO2019048635A1

Abstract

Es wird eine Magnetaktorvorrichtung mit zumindest einem, insbesondere genau einem, beweglich gelagerten Permanentmagneten (10a-h) und mit zumindest einer, insbesondere stationären, magnetischen Spule (12a-h), welche dazu vorgesehen ist, mittels einer über eine Steuereinheit (14a-h) regelbare Stromzufuhr zumindest an die magnetische Spule (12a-h), den Permanentmagneten (10a-h) in zumindest eine, von einer Grundposition (46a-h) des Permanentmagneten (10a-h) verschiedene Auslenkposition zu bewegen, wobei die Auslenkposition des Permanentmagneten (10a-h) zumindest im Wesentlichen auf einer Achse (16a-h) liegt, welche zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Polarisationsrichtung (78a-h) des Permanentmagneten (10a-h) verläuft, wobei eine Kraft-Weg-Kennlinie (18a-h) zumindest des Permanentmagneten (10a-h), insbesondere bei einer zumindest im Wesentlichen konstanten Stromzufuhr an die magnetische Spule (12a-h), einen zumindest im Wesentlichen konstanten Verlauf (44a-h) aufweist, vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Magnetaktorvorrichtung nach dem Anspruch 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Es sind bereits Magnetaktorvorrichtungen mit beweglich gelagerten Permanentmagneten mit unterschiedlichen Kraft-Weg-Kennlinien vorgeschlagen worden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Bewegungsverhaltens bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 13 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Vorteile der Erfindung
Es wird eine Magnetaktorvorrichtung mit zumindest einem, insbesondere genau einem, beweglich gelagerten Permanentmagneten und mit zumindest einer, insbesondere stationären, magnetischen Spule, welche dazu vorgesehen ist, mittels einer über eine Steuereinheit regelbare Stromzufuhr zumindest an die magnetische Spule, den Permanentmagneten in zumindest eine, von einer Grundposition des Permanentmagneten verschiedene Auslenkposition zu bewegen, wobei die Auslenkposition des Permanentmagneten zumindest im Wesentlichen auf einer Achse liegt, welche zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Polarisationsrichtung des Permanentmagneten verläuft, wobei eine Kraft-Weg-Kennlinie zumindest des Permanentmagneten, insbesondere der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere bei einer zumindest im Wesentlichen konstanten Stromzufuhr an die magnetische Spule, einen zumindest im Wesentlichen konstanten Verlauf aufweist, vorgeschlagen. Dadurch kann vorteilhaft ein Bewegungsverhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des beweglich gelagerten Permanentmagneten, verbessert werden, wodurch insbesondere gute dynamische Eigenschaften der Magnetaktorvorrichtung erreicht werden können. Vorteilhaft kann ein gutes Kraft-Weg-Verhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des Permanentmagneten ermöglicht werden. Insbesondere kann mittels einer konstanten Kraft-Weg-Kennlinie ein Ansprechverhalten der Magnetaktorvorrichtung, eine Regelung und/oder eine Regelbarkeit der Bewegung des Permanentmagneten, insbesondere des Kraft-Weg-Verhaltens des Permanentmagneten verbessert und/oder vereinfacht werden. In der Folge kann vorteilhaft ein zu einem angelegten Strom proportionales Verhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere der Bewegung des Permanentmagneten ermöglicht werden, wodurch vorteilhaft eine zumindest weitgehend kraftneutrale stromlose Kraft-Weg-Kennlinie erreicht werden kann. Ferner kann vorzugsweise, insbesondere mittels einer Beeinflussung der Kraft-Weg-Kennlinie eine Kraft-Strom-Kennlinie des Permanentmagneten zumindest abschnittsweise einstellbar sein. Vorzugsweise kann ein für eine spezifische Anwendung, beispielsweise einen Schließvorgang eines Magnetventils, kritischer Bereich der Kraft-Strom-Kennlinie linear ausgestaltbar sein.
Eine bewegliche Lagerung des Permanentmagneten kann insbesondere zumindest teilweise rotatorisch und/oder zumindest teilweise translatorisch erfolgen, vorzugsweise ist der Permanentmagnet entlang einer Axialrichtung der magnetischen Spule translatorisch beweglich gelagert. Eine stationäre magnetische Spule ist insbesondere stationär relativ zu einer Grundeinheit und/oder einer Gehäuseeinheit der Magnetaktorvorrichtung angeordnet. Insbesondere ist eine räumliche Position der magnetischen Spule unabhängig von einem Stromfluss durch die magnetische Spule. Unter einer „Steuereinheit“ soll insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, die vorzugsweise in einer Steuer- und/oder Regeleinheit eines Magnetventils zumindest teilweise integriert ist und die vorzugsweise dazu vorgesehen ist, zumindest die Stromzufuhr an zumindest eine magnetische Spule und/oder zumindest ein Magnetfeld zumindest einer magnetischen Spule zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit eine Recheneinheit und insbesondere zusätzlich zur Recheneinheit eine Speichereinheit mit einem darin gespeicherten Steuer- und/oder Regelprogramm, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden. Eine Grundposition des Permanentmagneten ist insbesondere eine Position, welche der Permanentmagnet im stromlosen Zustand einnimmt und/oder in welche der Permanentmagnet im stromlosen Zustand rückausgelenkt wird. Die Grundposition kann insbesondere als eine zentrale Position, welche im Wesentlichen in der Mitte eines Bereichs möglicher Bewegungstrajektorien des Permanentmagneten in der Magnetaktorvorrichtung verordnet ist, ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Grundposition als ein Extremum zumindest einer Bewegungstrajektorie des Permanentmagneten, insbesondere als ein Punkt an dem sich die Bewegung des Permanentmagneten umkehrt, ausgebildet sein. Außerdem ist vorstellbar, dass die Grundposition, insbesondere variabel, durch einen Bediener einstellbar ist oder von einer spezifischen Anwendung, beispielsweise mittels zumindest einer Feder und/oder zumindest einem Anschlag, vorgegeben ist. Die Grundposition kann beispielsweise eine „normally closed“ oder eine „normally open“ Schaltung eines Ventils darstellen. Unter „im Wesentlichen auf einer Achse liegen“ soll insbesondere verstanden werden, dass bei einer Bewegung des Permanentmagneten ein Schwerpunkt des Permanentmagneten eine Trajektorie beschreibt, welche höchstens 15 %, vorzugsweise höchstens 10 %, vorteilhaft höchstens 5 %, bevorzugt höchstens 3 % und besonders bevorzugt höchstens 1 % von einem vollständig geraden, insbesondere linearen Verlauf divergiert. Unter „im Wesentlichen parallel“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene, verstanden werden, wobei die Richtung gegenüber der Bezugsrichtung eine Abweichung insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist. Unter einer „Polarisationsrichtung“ soll insbesondere eine Richtung einer magnetischen Polarisation, insbesondere einer mittleren Ausrichtung von Elementarmagneten oder magnetischen Momenten in einem Inneren des Permanentmagneten, verstanden werden. Die Kraft-Weg-Kennlinie soll insbesondere als eine mathematische Relation einer physikalischen, auf den Permanentmagneten wirkenden Kraft und der Auslenkposition des Permanentmagneten, insbesondere der räumlichen Position des Permanentmagneten auf der Bewegungstrajektorie, verstanden werden. Die Kraft ist insbesondere als eine Reluktanzkraft oder eine Maxwellsche Kraft ausgebildet. Unter einer im Wesentlichen konstanten Stromzufuhr soll insbesondere eine Stromzufuhr verstanden werden, deren Stromstärke höchstens 10 %, vorzugsweise höchstens 5 %, vorteilhaft höchstens 1 %, bevorzugt höchstens 0,5 % und besonders bevorzugt höchstens 0,1 % um einen Mittelwert der Stromstärke während der gesamten Zeitdauer der Stromzufuhr schwankt, insbesondere ausgenommen eine Einschalt- und/oder Ausschaltperiode. Unter einem „im Wesentlichen konstanten Verlauf“ soll insbesondere ein Verlauf der Kraft-Weg-Kennlinie verstanden werden, welcher zumindest abschnittsweise höchstens 15 %, vorzugsweise höchstens 10 %, vorteilhaft höchstens 5 %, bevorzugt höchstens 3 % und besonders bevorzugt höchstens 1 % von einem vollständig geraden, insbesondere linearen Verlauf divergiert. Unter „zumindest abschnittsweise“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest auf 50%, vorzugsweise zumindest auf 66 %, vorteilhaft auf zumindest 75 %, bevorzugt auf zumindest 90 % und besonders bevorzugt auf 100 % des gesamten Wegs, insbesondere der gesamten Trajektorie des Permanentmagneten verstanden werden. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Insbesondere ist eine Konstantheit der Kraft-Weg-Kennlinie mittels geeigneter Formgebung der Magnetaktorvorrichtung vorteilhaft optimierbar. Der Permanentmagnet ist insbesondere in seinem Zentrum hohl, insbesondere weist der Permanentmagnet eine zylinderförmige Ausnehmung auf, welche sich parallel zu der Axialrichtung der magnetischen Spule erstreckt. Die zylinderförmige Ausnehmung ist insbesondere dazu vorgesehen, ein Lagerelement zur Lagerung zumindest des Permanentmagneten und/oder ein Führungselement zu einer Führung der Bewegungsrichtung zumindest des Permanentmagneten aufzunehmen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Permanentmagnet zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Axialrichtung der zumindest einen magnetischen Spule magnetisch polarisiert ist. Dadurch kann vorteilhaft ein Bewegungsverhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des beweglich gelagerten Permanentmagneten, verbessert werden, wodurch insbesondere gute dynamische Eigenschaften der Magnetaktorvorrichtung erreicht werden können. Vorteilhaft kann ein gutes Kraft-Weg-Verhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des Permanentmagneten ermöglicht werden. Insbesondere können vorteilhafte Magnetfeldverläufe, insbesondere im Hinblick auf eine Erzeugung einer Bewegung des Permanentmagneten im Magnetfeld, erzielt werden. Außerdem können dadurch vorteilhaft auf den Permanentmagneten wirkende magnetische Kräfte und/oder magnetische Anziehungen im stromlosen Zustand geringgehalten werden, wodurch vorteilhaft eine einfache Erzeugung eines gewünschten Fail-Safe Verhaltens ermöglicht werden kann, beispielsweise mittels zumindest einer Feder auf zumindest einer Seite des Permanentmagneten. Insbesondere sind magnetischer Nordpol und magnetischer Südpol des Permanentmagneten entlang der Axialrichtung der magnetischen Spule auf zueinander abgewandten Seiten des Permanentmagneten angeordnet. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet zumindest im Wesentlichen radialsymmetrisch und/oder in seiner Außenkontur senkrecht zu der Axialrichtung der magnetischen Spule zumindest im Wesentlichen mathematisch ähnlich zu einem in Axialrichtung der magnetischen Spule gesehenen Verlauf einer Wicklung der magnetischen Spule ausgebildet. Unter „im Wesentlichen mathematisch ähnlich“ soll insbesondere verstanden werden, dass die Formen der Außenkontur des Permanentmagneten und des Verlaufs einer Wicklung der magnetischen Spule eine gegenseitigen Abweichung von einer idealen mathematischen Ähnlichkeit von höchstens 30 %, vorzugsweise höchstens 20 %, bevorzugt höchstens 10 % und besonders bevorzugt höchstens 5 % aufweisen, wobei insbesondere eine ideale mathematische Ähnlichkeit durch ein ineinander übergehen von zwei Formen rein durch eine Kombination von zentrische Streckungen und/oder Kongruenzabbildungen definiert ist. Insbesondere ist der Permanentmagnet in zumindest einem Betriebszustand zumindest teilweise innerhalb der magnetischen Spule angeordnet. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet aus einem hartmagnetischen Werkstoff mit einer Koerzitivfeldstärke von zumindest 100 kA/m, vorzugsweise von zumindest 500 kA/m, bevorzugt von zumindest 1000 kA/m und besonders bevorzugt von zumindest 2000 kA/m, ausgebildet. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet zumindest teilweise als ein Neodym-Eisen-Bor Magnet, als ein Samarium-Cobalt Magnet, als ein Aluminium-Nickel-Cobalt Magnet und/oder als ein Strontiumferrit Magnet ausgebildet.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Magnetaktorvorrichtung zumindest eine weitere magnetische Spule aufweist, welche in einer Polarisationsrichtung des Permanentmagneten unterhalb oder oberhalb der magnetischen Spule, insbesondere axial bündig zu der magnetischen Spule, angeordnet ist. Dadurch kann vorteilhaft ein Bewegungsverhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des beweglich gelagerten Permanentmagneten, verbessert werden, wodurch insbesondere gute dynamische Eigenschaften der Magnetaktorvorrichtung erreicht werden können. Vorteilhaft kann ein gutes Kraft-Weg-Verhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des Permanentmagneten ermöglicht werden. Insbesondere können vorteilhafte Magnetfeldverläufe, insbesondere im Hinblick auf eine Erzeugung einer Bewegung des Permanentmagneten im Magnetfeld, erzielt werden. Vorzugsweise kann durch eine weitere magnetische Spule ein Hub der Magnetaktorvorrichtung vergrößert werden. Zudem kann vorteilhaft eine auf den Permanentmagneten wirkende Kraft, insbesondere Reluktanzkraft vergrößert werden. Vorzugsweise weist der Permanentmagnet einen maximalen Hub von mindestens 10 mm auf. Unter „axial bündig“ soll insbesondere verstanden werden, dass eine Spulenachse der magnetischen Spule und eine Spulenachse der weiteren magnetischen Spule zumindest im Wesentlichen zusammenfallen. Die magnetische Spule und die weitere magnetische Spule weisen im Wesentlichen identische Außenmaße auf und/oder sind, insbesondere mit Ausnahme einer Wicklungsrichtung, im Wesentlichen identisch zueinander ausgebildet. Alternativ ist vorstellbar, dass die magnetische Spule und die weitere magnetische Spule verschieden voneinander ausgebildet sind, beispielsweise mit einer unterschiedlichen Windungszahl und/oder einer unterschiedlichen Geometrie. Dadurch kann insbesondere ein unsymmetrisches Magnetfeld ermöglicht werden, wodurch vorteilhaft eine Hauptwirkrichtung bestimmt werden kann. Insbesondere kann dadurch eine Bewegungsrichtung des Permanentmagneten bevorzugt werden. Insbesondere weisen die magnetische Spule und die weitere magnetische Spule unterschiedliche Wicklungsrichtungen auf, beispielsweise ist die magnetische Spule rechtsrum gewickelt und die weitere magnetische Spule linksrum gewickelt. Insbesondere weisen die magnetische Spule und/oder die weitere magnetische Spule eine, vorzugsweise gemeinsame, Gehäuseeinheit auf. Die Gehäuseeinheit ist insbesondere zumindest teilweise als Spulenkern ausgebildet. Die Gehäuseeinheit ist vorzugsweise zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet. Die Gehäuseeinheit leitet insbesondere zumindest teilweise einen durch die magnetische Spule und/oder die weitere magnetische Spule erzeugten magnetischen Fluss. Vorzugsweise ist die magnetische Spule und/oder die weitere magnetische Spule bei einer Stromzufuhr an die magnetische Spule und/oder die weitere magnetische Spule stationär. Dadurch sind insbesondere auch alle Kontaktstellen und Leitungen der Stromzufuhr stationär, wodurch vorteilhaft ein Verschleiß, insbesondere an elektrischen Kontaktstellen, geringgehalten werden kann. Insbesondere ist der Permanentmagnet in zumindest einem Betriebszustand zumindest teilweise innerhalb der weiteren magnetischen Spule und/oder in Axialrichtung zwischen der magnetischen Spule und der weiteren magnetischen Spule angeordnet.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass sich bei einer Bestromung zumindest einer magnetischen Spule, vorzugsweise der magnetischen Spule und der weiteren magnetischen Spule, durch die Steuereinheit, insbesondere bei einem Schaltvorgang der Magnetaktorvorrichtung, höchstens zwei primäre magnetische Kreisläufe ausbilden. Dadurch kann vorteilhaft ein Bewegungsverhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des beweglich gelagerten Permanentmagneten, verbessert werden, wodurch insbesondere gute dynamische Eigenschaften der Magnetaktorvorrichtung erreicht werden können. Vorteilhaft kann ein gutes Kraft-Weg-Verhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des Permanentmagneten ermöglicht werden. Insbesondere können vorteilhafte Magnetfeldverläufe, insbesondere im Hinblick auf eine Erzeugung einer Bewegung des Permanentmagneten im Magnetfeld, erzielt werden. Vorteilhaft kann dadurch eine Reluktanzkraft zu einer Bewegung des Permanentmagneten relativ zu der magnetischen Spule und/oder der weiteren magnetischen Spule erzeugt werden. Unter einem „primären magnetischen Kreis“ soll insbesondere ein geschlossener Pfad eines magnetischen Flusses verstanden werden, welcher insbesondere einen Großteil, vorzugsweise den gesamten von einer magnetischen Spule im Betrieb erzeugten magnetischen Fluss umfasst. Unter „einem Großteil“ soll insbesondere zumindest 66 %, vorzugsweise zumindest 75 %, bevorzugt zumindest 85 % und besonders bevorzugt zumindest 95 % verstanden werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Magnetaktorvorrichtung eine um den Permanentmagneten umlaufende, insbesondere zwischen, vorzugsweise zentriert zwischen, der magnetischen Spule und der weiteren magnetischen Spule angeordnete, Scheibeneinheit aufweist, welche sich in eine senkrecht zu der Axialrichtung der magnetischen Spule verlaufende Erstreckungsrichtung zumindest über einen Großteil einer zu der Erstreckungsrichtung parallelen Gesamterstreckung eines Windungsbereichs der magnetischen Spule erstreckt. Dadurch kann vorteilhaft ein Bewegungsverhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des beweglich gelagerten Permanentmagneten, verbessert werden, wodurch insbesondere gute dynamische Eigenschaften der Magnetaktorvorrichtung erreicht werden können. Vorteilhaft kann ein gutes Kraft-Weg-Verhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des Permanentmagneten ermöglicht werden. Insbesondere können vorteilhafte Magnetfeldverläufe, insbesondere im Hinblick auf eine Erzeugung einer Bewegung des Permanentmagneten im Magnetfeld, erzielt werden. Mittels der Scheibeneinheit kann vorteilhaft ein besonders kontantes Kraft-Weg-Verhalten des Permanentmagneten ermöglicht werden. Insbesondere kann das konstante Kraft-Weg-Verhalten über einen Großteil des Hubs der Magnetaktorvorrichtung, vorzugsweise den gesamten Hub der Magnetaktorvorrichtung aufrechterhalten werden, wodurch vorteilhaft eine große Hubstrecke konstanter Kraft ermöglicht werden kann. Eine um den Permanentmagneten umlaufende Scheibeneinheit kann insbesondere vollständig oder abschnittsweise umlaufend ausgebildet sein, wobei eine abschnittsweise umlaufende Scheibeneinheit vorzugsweise in Umlaufrichtung regelmäßig beabstandete Scheibenelemente aufweist. Außerdem ist vorstellbar, dass die Scheibeneinheit aus einem umlaufenden Scheibenelement oder aus einer Mehrzahl, vorzugsweise zwei, in Axialrichtung voneinander getrennt ausgebildeten Scheibenelementen ausgebildet ist. Unter einem Windungsbereich der magnetischen Spule soll insbesondere ein Teilbereich und/oder Querschnitt der magnetischen Spule verstanden werden, welcher von jeder Windung der magnetischen Spule genau einmal geschnitten wird. Vorzugsweise verdeckt die Scheibeneinheit zumindest eine magnetische Spule in Axialrichtung der magnetischen Spule gesehen vollständig. Die Scheibeneinheit ist vorzugsweise zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet. Die Scheibeneinheit ist vorzugsweise zumindest teilweise aus einem identischen Material wie die Gehäuseeinheit ausgebildet. Die Scheibeneinheit ist vorzugsweise zumindest teilweise einstückig mit der Gehäuseeinheit ausgebildet. Vorzugsweise ist die Scheibeneinheit radialsymmetrisch ausgebildet. Es ist vorstellbar, dass die Scheibeneinheit insbesondere auf einer dem Permanentmagneten zugewandten Seite ein Stirnseitenelement aufweist, welches eine Erstreckung in Axialrichtung aufweist, die größer ist als eine mittlere Erstreckung der Scheibeneinheit in Axialrichtung. Vorzugsweise weist die Scheibeneinheit eine maximale Erstreckung in Axialrichtung auf, welche wesentlich kleiner ist als eine maximale Erstreckung der Scheibeneinheit in eine Radialrichtung der Scheibeneinheit. Unter „wesentlich kleiner“ soll insbesondere zumindest 100 % kleiner, vorzugsweise zumindest 60 % kleiner, bevorzugt zumindest 30 % und besonders bevorzugt zumindest 10 % kleiner verstanden werden. Darunter, dass zwei Einheiten „teilweise einstückig“ ausgebildet sind, soll insbesondere verstanden werden, dass die Einheiten zumindest ein, insbesondere zumindest zwei, vorteilhaft zumindest drei gemeinsame Elemente aufweisen, die Bestandteil, insbesondere funktionell wichtiger Bestandteil, beider Einheiten sind.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Scheibeneinheit, insbesondere eine dem Permanentmagneten zugewandte Stirnseite der Scheibeneinheit, zwei axiale Extrempunkte aufweist, deren gegenseitiger Abstand parallel zu der Axialrichtung der magnetischen Spule wenigstens einer Summe aus einer maximalen Erstreckung des Permanentmagneten, insbesondere einer der Scheibeneinheit zugewandten Oberfläche des Permanentmagneten, parallel zu der Axialrichtung der magnetischen Spule und aus einem maximalen Hub des Permanentmagneten parallel zu der Axialrichtung der magnetischen Spule entspricht. Dadurch kann insbesondere ein vorteilhafter Magnetfeldverlauf, insbesondere im Hinblick auf eine Erzeugung einer Bewegung des Permanentmagneten im Magnetfeld, erzielt werden. Dadurch kann vorteilhaft ein Bewegungsverhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des beweglich gelagerten Permanentmagneten, verbessert werden. Zwei axiale Extrempunkte sind insbesondere als Punkte der Scheibeneinheit ausgebildet, welche auf einer zur Axialrichtung der magnetischen Spule parallel liegenden Gerade liegen und einen maximalen Abstand zueinander aufweisen. Vorzugsweise sind die axialen Extrempunkte an der Spulenachse zugewandten Außenkanten der Scheibeneinheit verordnet. Es ist vorstellbar, dass die zwei axialen Extrempunkte auf zwei äußeren, in Axialrichtung gesehen oberen und unteren Kanten des Stirnseitenelements der Scheibeneinheit liegen. Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass die zwei axialen Extrempunkte auf voneinander getrennt ausgebildeten Scheibenelementen der Scheibeneinheit liegen, beispielsweise auf in Radialrichtung der Spulenachse nächstliegenden Außenkanten der Scheibeneinheit. Unter einem „maximalen Hub“ soll insbesondere eine Distanz zwischen zwei Extrempunkten der Bewegungstrajektorie des Permanentmagneten parallel zu der Axialrichtung der magnetischen Spule verstanden werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass ein, insbesondere dem Permanentmagneten zugewandtes, Stirnseitenelement der Scheibeneinheit eine relativ zu der Axialrichtung der magnetischen Spule zumindest teilweise angewinkelte Oberfläche aufweist. Dadurch kann insbesondere ein vorteilhafter Magnetfeldverlauf, insbesondere im Hinblick auf eine Erzeugung einer Bewegung des Permanentmagneten im Magnetfeld, erzielt werden. Dadurch kann vorteilhaft ein Bewegungsverhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des beweglich gelagerten Permanentmagneten, verbessert werden. Es ist vorstellbar, dass die Scheibeneinheit eine Mehrzahl an, vorzugsweise zwei, Stirnseitenelementen mit relativ zu der Axialrichtung der magnetischen Spule zumindest teilweise angewinkelten Oberflächen aufweist, wobei die Oberflächen der Stirnseitenelemente zueinander gleichförmige, insbesondere gleich große, Winkel, zueinander entgegengesetzt gleichförmige, insbesondere gleich große Winkel oder zueinander unterschiedliche Winkel aufweisen kann. Zudem ist vorstellbar, dass die Oberfläche der Stirnseitenelemente einen variablen Winkel relativ zur Axialrichtung der magnetischen Spule und/oder zumindest einen Krümmungsradius aufweist.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Scheibeneinheit, insbesondere das Scheibenelement, vorzugsweise zumindest das Stirnseitenelement, zumindest teilweise beweglich gelagert ist. Dadurch kann vorteilhaft ein maximaler Hub vergrößert werden. Zudem kann vorteilhaft eine kleinere Scheibeneinheit verwendet werden, wodurch vorteilhaft Gewicht eingespart werden kann. Außerdem kann dadurch vorteilhaft eine konstante Kraft-Weg-Kennlinie über einen größeren Weg ermöglicht werden. Es ist vorstellbar, dass die Scheibeneinheit, das Scheibenelement und/oder das Stirnseitenelement mittels einer Feder, mittels eines Kippmechanismus, mittels einer Schienenführung und/oder mittels eines Schwenkmechanismus beweglich gelagert ist. Insbesondere bewegt sich durch die bewegliche Lagerung zumindest das Stirnseitenelement zumindest teilweise in eine Bewegungsrichtung parallel zu der Axialrichtung der magnetischen Spule.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Magnetaktorvorrichtung ein, mit dem Permanentmagneten verbundenes, beweglich gelagertes Ankerelement aufweist, welches, insbesondere symmetrisch, in Axialrichtung der magnetischen Spule und/oder in Polarisationsrichtung des Permanentmagneten zumindest oberhalb und/oder zumindest unterhalb des Permanentmagneten angeordnet ist. Dadurch kann vorteilhaft eine Bewegung des Permanentmagneten auf zumindest ein weiteres, nicht direkt an dem Permanentmagnet anliegendes Element übertragen werden. Zudem kann vorteilhaft ein Luftspalt in zumindest einem magnetischen Kreis klein gehalten werden, wodurch vorteilhaft ein Magnetfluss optimiert werden kann. Vorzugsweise ist das Ankerelement zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet. Das Ankerelement ist insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene und/oder rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei insbesondere die Normalenrichtung der Spiegelebene im Wesentlichen parallel zu der Axialrichtung der magnetischen Spule liegt. Das Ankerelement ist insbesondere in seinem Zentrum hohl, insbesondere weist das Ankerelement eine zylinderförmige Ausnehmung auf, welche sich parallel zu der Axialrichtung der magnetischen Spule erstreckt. Die zylinderförmige Ausnehmung ist insbesondere dazu vorgesehen, ein Lagerelement zur Lagerung zumindest des Ankerelements und/oder ein Führungselement zu einer Führung der Bewegungsrichtung zumindest des Ankerelements aufzunehmen. Das Ankerelement ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Bewegung des Permanentmagneten an ein externes Bauteil zu übertragen. Das Ankerelement ist insbesondere einstückig mit dem Permanentmagnet ausgebildet. Unter „einstückig“ soll insbesondere stoffschlüssig verbunden, wie beispielsweise durch einen Schweißprozess und/oder Klebeprozess usw., und besonders vorteilhaft angeformt verstanden werden, wie durch die Herstellung aus einem Guss und/oder durch die Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Magnetaktorvorrichtung eine Rückauslenkungseinheit zur Rückauslenkung des Permanentmagneten, insbesondere des Ankerelements, in zumindest eine Grundposition aufweist. Dadurch kann vorteilhaft ein gutes Fail-Safe Verhalten erzeugt werden. Zudem kann vorteilhaft eine feste Grundposition festgelegt werden unabhängig von einer Regelung und/oder Steuerung der Magnetaktorvorrichtung mittels der Steuereinheit. Die Rückauslenkungseinheit umfasst zumindest ein Rückauslenkungselement, insbesondere zumindest eine Feder, zumindest einen elektrischen Stellmotor, zumindest einen Magnet, zumindest eine Druckluftbeaufschlagungseinheit zu einer Beaufschlagung von Druckluft auf zumindest ein beweglich gelagertes Teil der Magnetaktorvorrichtung und/oder zumindest ein elastisches Element aus einem elastisch verformbaren Material, beispielsweise Gummi.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Kraft-Weg-Kennlinie des Permanentmagneten in zumindest einem Randbereich der Kraft-Weg-Kennlinie wesentlich von einem konstanten Verlauf abweicht. Dadurch kann vorteilhaft zumindest eine bistabile Endlage, welche beispielsweise einer Verkippung eines Rotorblatts eines Hubschraubers darstellen kann, geschaffen werden. Dadurch kann insbesondere eine Flexibilität erhöht werden. Es ist vorstellbar, dass die Kraft-Weg-Kennlinie in einem Randbereich oder in beiden Randbereichen von dem konstanten Verlauf abweicht. Insbesondere steigt die Kraft in zumindest einem Randbereich, vorzugsweise stark, an und/oder fällt in zumindest einem Randbereich ab.
Außerdem wird ein Magnetventil mit einer Magnetaktorvorrichtung vorgeschlagen. Dadurch kann vorteilhaft ein Schaltverhalten des Magnetventils verbessert werden, wodurch insbesondere gute dynamische Eigenschaften des Magnetventils erreicht werden können. Vorteilhaft kann ein gutes Kraft-Weg-Verhalten eines Verschlusselements des Magnetventils ermöglicht werden. Insbesondere kann mittels einer konstanten Kraft-Weg-Kennlinie eine Regelung und/oder eine Regelbarkeit des Schließverhaltens des Magnetventils verbessert und/oder vereinfacht werden.
Zudem wird ein Verfahren zum Betrieb einer Magnetaktorvorrichtung mit zumindest einem, insbesondere genau einem, beweglich gelagerten Permanentmagneten und mit zumindest einer, insbesondere stationären, magnetischen Spule, bei welchem mittels einer über eine Steuereinheit regelbare Stromzufuhr an die magnetische Spule der Permanentmagnet in zumindest eine, von einer Grundposition des Permanentmagneten verschiedene Auslenkposition bewegt wird, wobei die Auslenkposition des Permanentmagneten zumindest im Wesentlichen auf einer Achse liegt, welche zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Polarisationsrichtung des Permanentmagneten verläuft, wobei der Permanentmagnet, insbesondere bei einer konstanten Stromzufuhr an die magnetische Spule, bei einem Auslenkvorgang entlang eines zurückgelegten Wegs mit einer zumindest im Wesentlichen konstanten Kraft bewegt wird, vorgeschlagen. Dadurch kann vorteilhaft ein Bewegungsverhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des beweglich gelagerten Permanentmagneten, verbessert werden, wodurch insbesondere gute dynamische Eigenschaften der Magnetaktorvorrichtung erreicht werden können. Vorteilhaft kann ein gutes Kraft-Weg-Verhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere des Permanentmagneten ermöglicht werden. Insbesondere kann mittels einer konstanten Kraft-Weg-Kennlinie eine Regelung und/oder eine Regelbarkeit der Bewegung des Permanentmagneten, insbesondere des Kraft-Weg-Verhaltens des Permanentmagneten verbessert und/oder vereinfacht werden. In der Folge kann vorteilhaft ein zu einem angelegten Strom proportionales Verhalten der Magnetaktorvorrichtung, insbesondere der Bewegung des Permanentmagneten ermöglicht werden, wodurch vorteilhaft eine kraftneutrale stromlose Kraft-Weg-Kennlinie erreicht werden kann.
Die erfindungsgemäße Magnetaktorvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren soll/sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Magnetaktorvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind acht Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht eines Magnetventils mit einer Magnetaktorvorrichtung,
2 eine schematische Schnittansicht der Magnetaktorvorrichtung und ein beispielhafter, bei einem Betrieb erzeugter Magnetfluss,
3a ein Kraft-Weg-Diagramm mit mehreren beispielhaften Kraft-Weg-Kennlinien der Magnetaktorvorrichtung,
3b ein Kraft-Weg-Diagramm mit mehreren beispielhaften alternativen Kraft-Weg-Kennlinien der Magnetaktorvorrichtung,
4 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betrieb der Magnetaktorvorrichtung,
5a eine schematische Schnittansicht einer alternativen Magnetaktorvorrichtung,
5b eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Magnetaktorvorrichtung,
5c eine schematische Schnittansicht einer zusätzlichen alternativen Magnetaktorvorrichtung,
5d eine schematische Schnittansicht einer zweiten zusätzlichen alternativen Magnetaktorvorrichtung,
5e eine schematische Schnittansicht einer dritten zusätzlichen alternativen Magnetaktorvorrichtung,
5f eine schematische Schnittansicht einer vierten zusätzlichen alternativen Magnetaktorvorrichtung,
6 einen Ausschnitt einer schematischen Schnittansicht einer fünften zusätzlichen alternativen Magnetaktorvorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Magnetventils 48a mit einer Magnetaktorvorrichtung. Das Magnetventil 48a weist ein Magnetventilgehäuse 52a auf. Die Magnetaktorvorrichtung ist zumindest teilweise in dem Magnetventilgehäuse 52a angeordnet. Das Magnetventil 48a weist eine Magnetventilöffnung 54a auf. Die Magnetaktorvorrichtung ist dazu vorgesehen, die Magnetventilöffnung 54a zu öffnen und/oder zu schließen. Durch ein Öffnen und/oder Schließen der Magnetventilöffnung 54a kann vorteilhaft ein Fluss durch das Magnetventil 48a manipuliert werden. Das in 1 gezeigte Magnetventil 48a ist „normally open“.
Die Magnetaktorvorrichtung weist einen Permanentmagneten 10a auf. Der Permanentmagnet 10a ist beweglich gelagert. Der Permanentmagnet 10a weist eine Erstreckung 104a parallel zu der Axialrichtung 20a auf. Die Magnetaktorvorrichtung weist eine magnetische Spule 12a auf. Die Magnetaktorvorrichtung weist eine weitere magnetische Spule 24a auf. Die magnetische Spule 12a, 24a ist stationär. Die Magnetaktorvorrichtung weist eine Steuereinheit 14a auf. Die Steuereinheit 14a ist dazu vorgesehen das Magnetventil 48a zu steuern. Die Steuereinheit 14a ist dazu vorgesehen, die magnetische Spule 12a, 24a mit elektrischem Strom zu versorgen. Die Stromzufuhr an die magnetische Spule 12a, 24a ist über die Steuereinheit 14a regelbar. Die magnetische Spule 12a weist einen Windungsbereich 96a auf. Der Windungsbereich 96a weist senkrecht zu der Axialrichtung 20a eine Gesamterstreckung 26a auf. Die magnetische Spule 12a weist eine Spulenachse 60a auf. Die weitere magnetische Spule 24a weist eine Spulenachse 60a auf. Die Spulenachsen 60a der magnetischen Spule 12a und der weiteren magnetischen Spule 24a fallen zusammen.
Der Permanentmagnet 10a befindet sich in der in 1 gezeigten Darstellung in einer Grundposition 46a. In der Grundposition 46a ist der Permanentmagnet 10a im Wesentlichen kräftefrei. Die magnetische Spule 12a, 24a ist dazu vorgesehen, den Permanentmagneten 10a in zumindest eine, von der Grundposition 46a verschiedene Auslenkposition zu bewegen. Die möglichen Auslenkpositionen des Permanentmagneten 10a liegen zumindest im Wesentlichen auf einer Achse 16a. Die Achse 16a verläuft parallel zu einer Polarisationsrichtung 78a des Permanentmagneten 10a. Die Achse 16a fällt mit einer Axialrichtung 20a der magnetischen Spule 12a, 24a zusammen. Die Achse 16a fällt mit der Spulenachse 60a der magnetischen Spule 12a, 24a zusammen. Die Magnetaktorvorrichtung ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Achse 16a bildet eine Rotationssymmetrieachse der Magnetaktorvorrichtung aus. Der Permanentmagnet 10a weist einen Hub auf. Ein maximaler Hub 110a (vgl. 3a) entspricht einer maximalen Entfernung zwischen zwei möglichen Auslenkpositionen in eine Richtung parallel zu der Axialrichtung 20a.
Der Permanentmagnet 10a ist parallel zu der Axialrichtung 20a magnetisch polarisiert. Der Permanentmagnet 10a weist eine Polarisationsrichtung 78a auf. Die Polarisationsrichtung 78a liegt im Wesentlichen parallel zu der Achse 16a und/oder der Axialrichtung 20a der magnetischen Spule 12a, 24a. Die weitere magnetische Spule 24a ist in der Polarisationsrichtung 78a unterhalb der magnetischen Spule 12a angeordnet.
Der Permanentmagnet 10a und die magnetischen Spulen 12a, 24a sind dazu vorgesehen, einen magnetischen Fluss zu erzeugen. Im Betriebszustand bilden der Permanentmagnet 10a und die magnetischen Spulen 12a, 24a magnetische Kreisläufe 58a aus. In 2 ist der magnetische Fluss des Permanentmagneten 10a und der magnetischen Spulen 12a, 24a anhand von Magnetfeldlinien 56a für ein Ausführungsbeispiel und einen spezifischen Stromfluss durch die magnetischen Spulen 12a, 24a dargestellt. Bei einer Bestromung der magnetischen Spulen 12a, 24a durch die Steuereinheit 14a bilden sich höchstens zwei primäre magnetische Kreisläufe 58a aus.
Die Magnetaktorvorrichtung weist ein Ankerelement 38a auf. Das Ankerelement 38a ist beweglich gelagert. Das Ankerelement 38a ist entlang der zu der Axialrichtung 20a parallelen Achse 16a bewegbar. Das Ankerelement 38a ist mit dem Permanentmagneten 10a verbunden. Alternativ ist vorstellbar, dass das Ankerelement 38a und der Permanentmagnet 10a einteilig ausgebildet sind. Das Ankerelement 38a ist in Axialrichtung 20a oberhalb und unterhalb des Permanentmagneten 10a angeordnet. Das Ankerelement 38a weist einen ersten Teil 84a und einen zweiten Teil 86a auf. Der erste Teil 84a und der zweite Teil 86a sind auf gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten 10a angeordnet. Der erste Teil 84a und der zweite Teil 86a sind zueinander symmetrisch ausgebildet. Alternativ ist vorstellbar, dass der erste Teil 84a und der zweite Teil 86a asymmetrisch ausgebildet sind oder dass der erste Teil 84a oder der zweite Teil 86a fehlt.
Das Ankerelement 38a weist auf einer der Achse 16a abgewandten Seite eine geschwungene Außenform 64a auf. Von einer Kontaktstelle mit dem Permanentmagneten 10a aus in Axialrichtung 20a gesehen verjüngt sich ein Radius des Ankerelements 38a zunächst und vergrößert sich anschließend wieder zu einem dem Permanentmagneten 10a abgewandten Ende hin. Dadurch kann vorteilhaft eine magnetische Flussführung im Inneren der magnetischen Spulen 12a, 24a optimiert werden. Der erste Teil 84a und der zweite Teil 86a des Ankerelements 38a weisen auf der dem Permanentmagneten 10a zugewandten Seite jeweils einen größeren Radius auf als der Permanentmagnet 10a. Der erste Teil 84a und der zweite Teil 86a des Ankerelements 38a stehen in eine Richtung senkrecht zu der Axialrichtung 20a über den Permanentmagneten 10a über.
Das Ankerelement 38a weist im Zentrum eine Führungsöffnung 88a auf. Der Permanentmagnet 10a weist im Zentrum eine weitere Führungsöffnung 90a auf. Die Führungsöffnung 88a ist als durchgehende zylindrische Ausnehmung im Schwerpunkt des Ankerelements 38a ausgebildet. Die weitere Führungsöffnung 90a ist als durchgehende zylindrische Ausnehmung im Schwerpunkt des Permanentmagneten 10a ausgebildet. Die Führungsöffnung 88a und die weitere Führungsöffnung 90a sind koaxial zueinander angeordnet. Die Führungsöffnung 88a und die weitere Führungsöffnung 90a weisen eine identische Innenkontur auf. Die Führungsöffnung 88a und die weitere Führungsöffnung 90a sind dazu vorgesehen, ein Lager (nicht gezeigt) und/oder ein Führungselement (nicht gezeigt) zu einer Bewegungsführung des Permanentmagneten 10a und/oder des Ankerelements 38a aufzunehmen.
Das Ankerelement 38a ist im Inneren der magnetischen Spule 12a und der weiteren magnetischen Spule 24a angeordnet. Das Ankerelement 38a ist mit einem Verschlussteil 80a des Magnetventils 48a verbunden. Das Verschlussteil 80a bewegt sich mit dem Ankerelement 38a und/oder dem Permanentmagneten 10a mit. Das Magnetventil 48a weist ein Verschlussteilgegenstück 82a auf. Bei einem Schließvorgang des Magnetventils 48a bewegt sich das Verschlussteil 80a auf das Verschlussteilgegenstück 82a zu. In einem geschlossenen Zustand des Magnetventils 48a liegt das Verschlussteil 80a an dem Verschlussteilgegenstück 82a an und blockiert dadurch die Magnetventilöffnung 54a.
Die Magnetaktorvorrichtung weist eine Gehäuseeinheit 50a auf. Die Gehäuseeinheit 50a umschließt das Ankerelement 38a und/oder den Permanentmagneten 10a zu einem Großteil. Die Gehäuseeinheit 50a bildet zumindest teilweise einen magnetischen Kern 92a der magnetischen Spule 12a und/oder der weiteren magnetischen Spule 24a. Die Gehäuseeinheit 50a ist zu einer Führung des magnetischen Flusses der magnetischen Spule 12a, der weiteren magnetischen Spule 24a und/oder des Permanentmagneten 10a vorgesehen. Die Gehäuseeinheit 50a weist einen Spalt 66a auf. Der Spalt 66a ist in Axialrichtung 20a zwischen der magnetischen Spule 12a und der weiteren magnetischen Spule 24a angeordnet. Durch den Spalt 66a kann vorteilhaft eine Gewichtsreduktion erzielt werden.
Die Gehäuseeinheit 50a weist zwei Vorsprünge 62a, 94a auf. Die Vorsprünge 62a, 94a zeigen jeweils von der Gehäuseeinheit 50a nach innen. Die Vorsprünge 62a, 94a sind symmetrisch aufeinander zu zeigend ausgerichtet. Die Vorsprünge 62a, 94a sind zumindest im Wesentlichen parallel zu der Axialrichtung 20a ausgerichtet. Die Vorsprünge 62a, 94a sind im Wesentlichen entlang von Magnetfeldlinien 56a eines magnetischen Kreislaufs 58a ausgerichtet (vgl. 2).
Die Magnetaktorvorrichtung weist eine Scheibeneinheit 22a auf. Die Scheibeneinheit 22a ist um den Permanentmagneten 10a umlaufend ausgebildet. Die Scheibeneinheit 22a ist in Axialrichtung 20a zwischen der magnetischen Spule 12a und der weiteren magnetischen Spule 24a angeordnet. Die Scheibeneinheit 22a weist eine Radialerstreckung 98a auf. Die Radialerstreckung 98a erstreckt sich in eine senkrecht zu der Axialrichtung 20a verlaufende Richtung. Die Radialerstreckung 98a der Scheibeneinheit 22a erstreckt sich über die Gesamterstreckung 26a des Windungsbereichs 96a der magnetischen Spule 12a und/oder der weiteren magnetischen Spule 24a. Die Scheibeneinheit 22a ist an der Gehäuseeinheit 50a angeordnet. Der Spalt 66a ist in der Gehäuseeinheit 50a auf Höhe der Scheibeneinheit 22a angeordnet.
Die Scheibeneinheit 22a weist ein Scheibenelement 126a auf. Die Scheibeneinheit 22a weist ein Stirnseitenelement 34a auf. Das Scheibenelement 126a ist zwischen der Gehäuseeinheit 50a und dem Stirnseitenelement 34a angeordnet. Das Scheibenelement 126a trägt das Stirnseitenelement 34a. Das Scheibenelement 126a weist eine Erstreckung parallel zu der Axialrichtung 20a auf, welche kleiner ist als eine Erstreckung des Stirnseitenelements 34a parallel zu der Axialrichtung 20a. Das Stirnseitenelement 34a weist eine relativ zu der Axialrichtung 20a im Wesentlichen parallele Oberfläche 36a auf. Das Stirnseitenelement 34a ist an der dem Permanentmagneten 10a zugewandten Seite der Scheibeneinheit 22a angeordnet. Das Stirnseitenelement 34a weist zwei axiale Extrempunkte 28a, 30a auf. Die axialen Extrempunkte 28a, 30a sind als Kanten des Stirnseitenelements 34a ausgebildet. Die axialen Extrempunkte 28a, 30a, sind voneinander in einem Abstand 102a beabstandet angeordnet. Der Abstand 102a der axialen Extrempunkte 28a, 30a erstreckt sich parallel zu der Axialrichtung 20a. Der Abstand 102a entspricht einer Summe aus einem Maximalwert der Erstreckung 104a und aus dem maximalen Hub 110a (vgl. 3a) des Permanentmagneten 10a.
Die Magnetaktorvorrichtung weist eine Rückauslenkungseinheit 40a auf. Die Rückauslenkungseinheit 40a ist zu einer Rückauslenkung des Permanentmagneten 10a in zumindest eine Grundposition 46a vorgesehen. Die Rückauslenkungseinheit 40a weist ein Rückauslenkungselement 32a auf. Das Rückauslenkungselement 32a ist als eine Torsionsfeder 106a ausgebildet. Alternativ kann das Rückauslenkungselement 32a als eine Biegefeder, als eine Tellerfeder oder als ein weiteres eine Rückstellkraft erzeugendes Bauteil ausgebildet sein. Die Rückauslenkungseinheit 40a weist eine Scheibe 100a auf. Das Rückauslenkungselement 32a ist fest an der Scheibe 100a angeordnet. Die Scheibe 100a ist fest an dem Verschlussteil 80a angeordnet. Bei einer Positionsänderung des Verschlussteils 80a erfährt die Scheibe 100a eine entsprechende Positionsänderung. In der Grundposition 46a der Magnetaktorvorrichtung ist das Rückauslenkungselement 32a in einem vollständig entspannten Zustand. In der Auslenkposition ist das Rückauslenkungselement 32a in einem gespannten Zustand.
3a zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm 108a der Magnetaktorvorrichtung. Entlang einer Wegachse 74a ist eine Auslenkposition des Permanentmagneten 10a aufgetragen. Entlang einer Kraftachse 72a ist eine von dem Permanentmagnet 10a ausgebübte Kraft aufgetragen. Die Magnetaktorvorrichtung, insbesondere der Permanentmagnet 10a weist eine Kraft-Weg-Kennlinie 18a auf. Die Kraft-Weg-Kennlinie 18a stellt eine Beziehung zwischen einem Aufenthaltsort des Permanentmagneten 10a im Magnetfeld und einer Kraft, welche durch den Permanentmagneten 10a an diesem Aufenthaltsort ausübbar ist her. Bei einer konstanten Stromzufuhr an die magnetischen Spulen 12a, 24a weist die Kraft-Weg-Kennlinie 18a einen konstanten Verlauf 44a auf. Die Kraft-Weg-Kennlinie 18a ist über einen gesamten Weg und/oder einen gesamten Hub des Permanentmagneten 10a konstant. In einem Randbereich 42a, 114a der Kraft-Weg-Kennlinie 18a ist die Kraft-Weg-Kennlinie 18a konstant. Ein Endpunkt 76a, 112a der Kraft-Weg-Kennlinie 18a markiert eine maximale Auslenkposition. Der maximale Hub 110a ist durch die Entfernung der beiden Endpunkte 76a, 112a vorgegeben. In 3a sind drei verschiedene Kraft-Weg-Kennlinien 18a für drei verschiedene konstante Ströme I₁, I₂ und I₃ aufgetragen. In einem stromlosen Zustand (I₃ = 0 A) ist die Kraft-Weg-Kennlinie 18a kraftneutral.
Ein in 3b gezeigtes alternatives Kraft-Weg-Diagramm 108a' zeigt alternative Kraft-Weg-Kennlinien 18a'. Die alternativen Kraft-Weg-Kennlinien 18a' weisen zu einem Großteil einen konstanten Verlauf 44a' auf. In den Randbereichen 42a', 114a' weicht die Kraft-Weg-Kennlinie 18a' wesentlich von einem konstanten Verlauf 44a' ab. Die Kraft-Weg-Kennlinie 18a' steigt in den Randbereichen 42a', 114a' stark an. Die Kraft-Weg-Kennlinie 18a' zeigt ein bistabiles Verhalten der Magnetaktorvorrichtung. In den maximalen Auslenkpositionen wirkt eine höhere Kraft als auf dem Rest des Wegs des Permanentmagneten 10a.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Magnetaktorvorrichtung. In zumindest einem Verfahrensschritt 116a wird mittels der Steuereinheit 14a Strom an die magnetische Spule 12a und die weitere magnetische Spule 24a angelegt. In zumindest einem weiteren Verfahrensschritt 118a wird der Permanentmagnet 10a bei einem Auslenkvorgang entlang eines zurückgelegten Wegs mit einer konstanten Kraft bewegt. In zumindest einem weiteren Verfahrensschritt 120a wird der Permanentmagnet 10a in einer Auslenkposition mit einer konstanten Kraft festgehalten. In zumindest einem weiteren Verfahrensschritt 122a wird eine Stromzufuhr an die magnetische Spule 12a und die weitere magnetische Spule 24a durch die Steuereinheit 14a gestoppt. In zumindest einem weiteren Verfahrensschritt 124a wird der Permanentmagnet 10a mittels der Rückauslenkungseinheit 40a in seine Grundposition 46a rückausgelenkt.
In den 5 und 6 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 4, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 4 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 5 und 6 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis h ersetzt.
Eine in 5a gezeigte alternative Magnetaktorvorrichtung zeigt eine einstückige Scheibeneinheit 22b. Ein Stirnseitenelement 34b der Scheibeneinheit 22b ist einstückig mit einem Scheibenelement 126b der Scheibeneinheit 22b ausgebildet. Eine Erstreckung des Stirnseitenelements 34b parallel zu einer Axialrichtung 20b einer magnetischen Spule 12b der Magnetaktorvorrichtung ist gleich groß wie eine Erstreckung der Scheibeneinheit 22b parallel zu der Axialrichtung 20b.
Eine in 5b gezeigte weitere alternative Magnetaktorvorrichtung zeigt eine einstückige Scheibeneinheit 22c. Ein Stirnseitenelement 34c der Scheibeneinheit 22c ist einstückig mit einem Scheibenelement 126c der Scheibeneinheit 22c ausgebildet. Eine maximale Erstreckung des Stirnseitenelements 34c parallel zu einer Axialrichtung 20c einer magnetischen Spule 12c der Magnetaktorvorrichtung ist gleich groß wie eine maximale Erstreckung der Scheibeneinheit 22c parallel zu der Axialrichtung 20c. Die Scheibeneinheit 22c weist einen Hohlraum 128c auf. Das Scheibenelement 126c ist zumindest teilweise ausgehöhlt. Dadurch kann vorteilhaft eine Gewichtsersparnis erzielt werden.
Eine in 5c gezeigte zusätzliche alternative Magnetaktorvorrichtung zeigt eine Scheibeneinheit 22d mit einem Stirnseitenelement 34d und mit einem Scheibenelement 126d. Das Scheibenelement 126d weist einen Spalt 130d auf. Der Spalt 130d des Scheibenelements 126d stellt eine Verlängerung eines Spalts 66d einer Gehäuseeinheit 50d der Magnetaktorvorrichtung dar. Das Scheibenelement 126d weist eine Erstreckung parallel zu einer Axialrichtung 20d einer magnetischen Spule 12d der Magnetaktorvorrichtung auf, welche kleiner ist als eine Erstreckung des Stirnseitenelements 34d parallel zu der Axialrichtung 20d.
Eine in 5d gezeigte zusätzliche alternative Magnetaktorvorrichtung zeigt eine Scheibeneinheit 22e mit einem Stirnseitenelement 34e und mit einem Scheibenelement 126e. Das Stirnseitenelement 34e weist eine relativ zu einer Axialrichtung 20e einer magnetischen Spule 12e der Magnetaktorvorrichtung angewinkelte Oberfläche 36e auf. Das Stirnseitenelement 34e weist einen dreiecksförmigen Querschnitt auf. Das Stirnseitenelement 34e weist an seinen Außenkanten zwei Extrempunkte 28e, 30e auf. Das Stirnseitenelement 34e weist einen weiteren Extrempunkt 68e auf. Der weitere Extrempunkt 68e bildet eine einem Permanentmagneten 10e der Magnetaktorvorrichtung zugewandte Spitze der Scheibeneinheit 22e aus. Der Extrempunkt 68e ist als ein dem Permanentmagneten 10e nächstliegender Punkt der Scheibeneinheit 22e ausgebildet. Ein lotrechter Abstand 134e der Extrempunkte 28e, 30e von einer Spulenachse 60e der magnetischen Spule 12e der Magnetaktorvorrichtung ist wesentlich größer als ein lotrechter Abstand 136e des weiteren Extrempunkts 68e von der Spulenachse 60e.
Eine in 5e gezeigte zusätzliche alternative Magnetaktorvorrichtung zeigt eine Scheibeneinheit 22f mit einem Stirnseitenelement 34f und mit einem Scheibenelement 126f. Das Stirnseitenelement 34f weist eine relativ zu einer Axialrichtung 20f einer magnetischen Spule 12f der Magnetaktorvorrichtung angewinkelte Oberfläche 36f auf. Das Stirnseitenelement 34f weist einen Querschnitt auf, welcher im Wesentlichen zwei sich an einer Kante berührende Dreiecke darstellt. Das Stirnseitenelement 34f weist an seinen Außenkanten zwei Extrempunkte 28f, 30f auf. Das Stirnseitenelement 34f weist einen weiteren Extrempunkt 68f auf. Der weitere Extrempunkt 68f bildet einen am weitesten von einem Permanentmagneten 10f der Magnetaktorvorrichtung entfernten Punkt der dem Permanentmagneten 10f zugewandten Oberfläche 36f des Stirnseitenelements 34f aus. Der weitere Extrempunkt 68f liegt in einem tiefsten Punkt einer Vertiefung 132f des Stirnseitenelements 34f. Ein lotrechter Abstand 134f der Extrempunkte 28f, 30f von einer Spulenachse 60f der magnetischen Spule 12f der Magnetaktorvorrichtung ist wesentlich kleiner als ein lotrechter Abstand 136f des weiteren Extrempunkts 68f von der Spulenachse 60f.
Eine in 5f gezeigte zusätzliche alternative Magnetaktorvorrichtung zeigt eine Scheibeneinheit 22g mit einem Stirnseitenelement 34g, einem weiteren Stirnseitenelement 140g, mit einem Scheibenelement 126g und mit einem weiteren Scheibenelement 138g. Das Stirnseitenelement 34g ist an einer einem Permanentmagneten 10g der Magnetaktorvorrichtung zugewandten Seite des Stirnseitenelements 34g angeordnet. Das weitere Stirnseitenelement 140g ist an einer dem Permanentmagneten 10g zugewandten Seite des weiteren Stirnseitenelements 140g angeordnet. Die Stirnseitenelemente 34g, 140g weisen im Querschnitt jeweils eine Dreiecksform auf. Die Scheibenelemente 126g, 138g sind getrennt voneinander ausgebildet. Die Scheibenelemente 126g, 138g sind auf verschiedenen Seiten eines Spalts 66g einer Gehäuseeinheit 50g der Magnetaktorvorrichtung angeordnet. Die Stirnseitenelemente 34g, 140g weisen jeweils eine relativ zu einer Axialrichtung 20g einer magnetischen Spule 12g der Magnetaktorvorrichtung angewinkelte Oberfläche 36g auf. Die Oberflächen 36g der Stirnseitenelemente 34g, 140g sind entgegengesetzt angewinkelt. Das Stirnseitenelement 34g weist an einer dem Permanentmagneten 10g zugewandten Außenkante einen Extrempunkt 28g auf. Das Stirnseitenelement 140g weist an einer dem Permanentmagneten 10g zugewandten Außenkante einen Extrempunkt 30g auf. Die Extrempunkte 28g, 30g bilden jeweils zu dem Permanentmagnet 10g nächstliegende Punkte der jeweiligen Scheibenelemente 126g, 138g aus. Ein lotrechter Abstand 134g des Extrempunkts 28g des Stirnseitenelements 34g von einer Spulenachse 60g der magnetischen Spule 12g der Magnetaktorvorrichtung ist im Wesentlichen gleich groß wie ein lotrechter Abstand 136g des Extrempunkts 30g des weiteren Stirnseitenelements 140g.
Eine in 6 gezeigte zusätzliche alternative Magnetaktorvorrichtung zeigt eine Scheibeneinheit 22h. Die Scheibeneinheit 22h ist beweglich gelagert. Die Scheibeneinheit 22h weist ein Stirnseitenelement 34h und eine bewegliche Lagerung 70h für das Stirnseitenelement 34h auf. Die bewegliche Lagerung 70h ist dazu vorgesehen, das Stirnseitenelement 34h relativ zu einer Gehäuseeinheit 50h der Magnetaktorvorrichtung und/oder zu einer magnetischen Spule 12h, 24h der Magnetaktorvorrichtung zu bewegen. Vorzugsweise bleibt eine Ausrichtung einer Oberfläche 36h des Stirnseitenelements 34h bei einer Bewegung des Stirnseitenelements 34h unverändert parallel zu einer Spulenachse 60h der magnetischen Spule 12h. Die bewegliche Lagerung 70h umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel vier Drehgelenke 142h. Alternativ sind beispielsweise Schienenführungen oder weitere dem Fachmann sinnvoll erscheinende bewegliche Lagerungen denkbar.

Claims

Magnetaktorvorrichtung mit zumindest einem, insbesondere genau einem, beweglich gelagerten Permanentmagneten (10a-h) und mit zumindest einer, insbesondere stationären, magnetischen Spule (12a-h), welche dazu vorgesehen ist, mittels einer über eine Steuereinheit (14a-h) regelbare Stromzufuhr zumindest an die magnetische Spule (12a-h), den Permanentmagneten (10a-h) in zumindest eine, von einer Grundposition (46a-h) des Permanentmagneten (10a-h) verschiedene Auslenkposition zu bewegen, wobei die Auslenkposition des Permanentmagneten (10a-h) zumindest im Wesentlichen auf einer Achse (16a-h) liegt, welche zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Polarisationsrichtung (78a-h) des Permanentmagneten (10a-h) verläuft, wobei eine Kraft-Weg-Kennlinie (18a-h) zumindest des Permanentmagneten (10a-h), insbesondere bei einer zumindest im Wesentlichen konstanten Stromzufuhr an die magnetische Spule (12a-h), einen zumindest im Wesentlichen konstanten Verlauf (44a-h) aufweist.
Magnetaktorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (10a-h) zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Axialrichtung (20a-h) der zumindest einen magnetischen Spule (12a-h) magnetisch polarisiert ist.
Magnetaktorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zumindest eine weitere magnetische Spule (24a-h), welche in einer Polarisationsrichtung (78a-h) des Permanentmagneten (10a-h) unterhalb oder oberhalb der magnetischen Spule (12a-h), angeordnet ist.
Magnetaktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einer Bestromung zumindest einer magnetischen Spule (12, 24a-h) durch die Steuereinheit (14a-h), höchstens zwei primäre magnetische Kreisläufe (58a-h) ausbilden.
Magnetaktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine um den Permanentmagneten (10a-h) umlaufende Scheibeneinheit (22a-h), welche sich in eine senkrecht zu der Axialrichtung (20a-h) der magnetischen Spule (24a-h) verlaufende Erstreckungsrichtung zumindest über einen Großteil einer zu der Erstreckungsrichtung parallelen Gesamterstreckung (26a-h) eines Windungsbereichs (96a-h) der magnetischen Spule (12a-h) erstreckt.
Magnetaktorvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibeneinheit (22a-h) zwei axiale Extrempunkte (28a-h, 30a-h) aufweist, deren gegenseitiger Abstand parallel zu der Axialrichtung (20a-h) der magnetischen Spule (12a-h) wenigstens einer Summe aus einer maximalen Erstreckung des Permanentmagneten (10a-h) parallel zu der Axialrichtung (20a-h) der magnetischen Spule (12a-h) und aus einem maximalen Hub (110a-h) des Permanentmagneten (10a-h) parallel zu der Axialrichtung (20a-h) der magnetischen Spule (12a-h) entspricht.
Magnetaktorvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stirnseitenelement (34d-g) der Scheibeneinheit (22d-g) eine relativ zu der Axialrichtung (20d-g) der magnetischen Spule (12d-g) zumindest teilweise angewinkelte Oberfläche (36d-g) aufweist.
Magnetaktorvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibeneinheit (22h) zumindest teilweise beweglich gelagert ist.
Magnetaktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein, mit dem Permanentmagneten (10a-h) verbundenes, beweglich gelagertes Ankerelement (38a-h), welches, in Axialrichtung (20a-h) der magnetischen Spule (12a-h) und/oder in Polarisationsrichtung (78a-h) des Permanentmagneten (10a-h) zumindest oberhalb und/oder zumindest unterhalb des Permanentmagneten (10a-h) angeordnet ist.
Magnetaktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rückauslenkungseinheit (40a-h) zur Rückauslenkung des Permanentmagneten (10a-h) in zumindest eine Grundposition (46a-h).
Magnetaktorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraft-Weg-Kennlinie (18a-h) des Permanentmagneten (10a-h) in zumindest einem Randbereich (42a-h) der Kraft-Weg-Kennlinie (18a-h) wesentlich von einem konstanten Verlauf (44a-h) abweicht.
Magnetventil (48a-h) mit einer Magnetaktorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verfahren zum Betrieb einer Magnetaktorvorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem, insbesondere genau einem, beweglich gelagerten Permanentmagneten (10a-h) und mit zumindest einer, insbesondere stationären, magnetischen Spule (12a-h), bei welchem mittels einer über eine Steuereinheit (14a-h) regelbare Stromzufuhr an die magnetische Spule (12a-h) der Permanentmagnet (10a-h) in zumindest eine, von einer Grundposition (46a-h) des Permanentmagneten (10a-h) verschiedene Auslenkposition bewegt wird, wobei die Auslenkposition des Permanentmagneten (10a-h) zumindest im Wesentlichen auf einer Achse (16a-h) liegt, welche zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Polarisationsrichtung (78a-h) des Permanentmagneten (10a-h) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (10a-h), insbesondere bei einer konstanten Stromzufuhr an die magnetische Spule (12a-h), bei einem Auslenkvorgang entlang eines zurückgelegten Wegs mit einer zumindest im Wesentlichen konstanten Kraft bewegt wird.