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Die
Erfindung betrifft einen Hubmagneten gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Ein
solcher Hubmagnet ist aus
DE
42 08 367 A1 bekannt. Ein ähnlicher Hubmagnet ist beispielsweise
in der Zeitschrift F & M
102, 1994, Heft 7–8,
auf den Seiten 298–332
beschrieben. Der Hubmagnet wiest ein weichmagnetisches Gehäuse auf,
in welchem eine Erregerspule auf einen Spulenkörper gewickelt ist. In einer
axialen Durchgangsöffnung
des Spulenkörpers
ist ein Anker angeordnet, der bei Bestromung der Erregerspule entlang
einer Mittenachse in Richtung eines Ankergegenstückes, auch Polkern genannt,
verschiebbar ist. Der Anker ist mit einem Betätigungsstift, einem sogenannten
Ankerkolben, feststehend Verbunden, um beispielsweise im Falle eines
elektromagnetisch betätigten
Wegeventiles einen Ventilsitz zu schließen bzw. zu öffnen.
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Ein
weiterer Hubmagnet ist beispielsweise in
DE 44 44 910 A1 beschrieben.
Bei axialer Verschiebung des dort beschriebenen Ankers wird ein
mit dem Ankerkolben verbundenes Dichtelement in einen Ventilsitz
eines Ventilteiles gedrückt
bzw. der Ventilsitz freigegeben. Das Dichtelement ist hierbei über den
Ankerkolben feststehend mit dem Anker in Verbindung und wird von
diesem folglich zwangsgeführt.
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Hubmagnete
werden jedoch nicht nur zur Ventilsteuerung eingesetzt. So finden
Hubmagnete beispielsweise auch als Verriegelungseinrichtungen Anwendung,
wenn der Anker oder Ankerkolben mit einem Verriegelungsbolzen gekoppelt
ist. Solche Verriegelungseinrichtungen mit Hubmagneten werden beispielsweise
in Wählhebeleinrichtungen
von Automatik-Schaltgetrieben in Kraft fahrzeugen eingesetzt. Die
Verriegelungseinrichtung dient dazu, sicherzustellen, dass der Anfahrvorgang
für den
Fahrer erst nach einem Vertrautmachen mit den Pedalen des Kraftfahrzeuges
freigegeben wird. Die bekannten Verriegelungseinrichtungen bei Automatik-Getrieben
sehen vor, dass beim Einschalten der Zündung ein Sperrbolzen in ein
mit dem Wählhebel
verbundenes Gabelstück
eingreift. Somit kann der Wählhebel
nicht betätigt
werden und sich das Fahrzeug nicht bewegen. Erst bei Betätigung der
Fußbremse
wird über
den Bremslichtschalter der Hubmagnet reaktiviert, wodurch sich der
Sperrbolzen aus der Verriegelungsstellung herausbewegt und dadurch
der Wählhebel
aus der Stellung "P" herausbewegbar ist.
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Hubmagneten
werden darüber
hinaus auch als Bestandteil von Bremseinrichtungen eingesetzt. Hierbei
drückt
bei entsprechender Bestromung der Erregerspule des Hubmagneten der
sich bewegende Ankerkolben auf einen Bremshebel, der feststehend mit
Bremsbacken in Verbindung steht. Die Bremsbacke selbst ist dazu
vorgesehen, auf eine Bremstrommel einzuwirken. Je nachdem, wie Bremshebel
und Ankerkolben zueinander angeordnet sind, kann bei einer Bestromung
der Erregerspule des Hubmagneten entweder ein Bremsen bewirkt oder
die Bremse gelöst
werden.
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Bei
vielen Anwendungsfällen
wäre es
häufig wünschenswert,
eine Aussage darüber
zu erhalten, ob sich der Anker bzw. der Anker-Kolben bei Bestromung der Erregerspule
in eine vorgegebene Richtung bewegt hat oder nicht. Die bisher bekannten Hubmagneten
geben hierüber
keine zuverlässige
Information. Es muss vielmehr, falls überhaupt möglich, durch optisches Betrachten
des Ankerkolbens und/oder desjenigen mechanischen Teiles, auf das der
Ankerkolben einwirkt, beurteilt werden, ob eine Bewegung dieser
Komponenten tatsächlich
stattfindet oder nicht. Eine kontinuierliche Ankerpositionserkennung,
die eine zuver lässige
Aussage darüber
erlaubt, wie weit sich gerade der Anker bewegt hat, ist mit den
bisher bekannten Hubmagneten ebenfalls nicht möglich.
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Es
ist Ziel der vorliegenden Erfindung, die bisher bekannten Hubmagneten
so weiterzubilden, dass dieser zum Einsatz in Bremseinrichtungen,
bei welchen zwei gegenüberliegende
Bremsbacken betätigt
werden müssen,
geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Hubmagnet mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Her
Hubmagnet nach der Erfindung ist als sogenannter Doppel-Spreizhubmagnet ausgebildet und
verfügt über zwei
auf einer Achse axial entgegengesetzt zueinander bewegbare Anker,
die jeweils mit einem eigenen Ankerkolben verbunden sind. Bei einem
solchen Doppel-Spreizhubmagneten werden für jeden der beiden Hubmagnete,
die in ein Gehäuse integriert
sind, eigene Messwertgeber vorgesehen.
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Ein
bevorzugtes Anwendungsgebiet solcher Doppel-Spreizhubmagneten ist
eine Bremseinrichtung, bei welcher jeder der beiden Ankerkolben
auf jeweils einen Bremshebel drückt.
Die Bremshebel selbst sind mit Bremsbacken in Verbindung, zwischen
denen eine Bremstrommel angeordnet ist. Durch den Einsatz von Messwertgebern
bei einem solchen Hubmagneten ist es in sehr einfacher Weise möglich, festzustellen,
ob und gegebenenfalls wie weit sich die Ankerkolben bewegen, so
dass eine zuverlässige
Aussage über
die Funktion der Bremsbacken und des Abnutzungsgrades des dazugehörenden Bremsbelages
möglich
ist.
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Es
liegt im Rahmen der erfindungsgemäßen Hubmagneten, den Messwertgeber
entweder außerhalb
des Hubmagneten, und dort insbesondere feststehend auf dem Ankerkolben
anzuordnen oder den Messwertgeber innerhalb des Gehäuses des
Hubmagneten unterzubringen. Die letztgenannte Variante hat für den Anwender
des Hubmagneten den Vorteil, dass er sich nicht darum zu kümmern braucht, wo
er den Messwertgeber anzuordnen hat. Der innerhalb des Gehäuses des
Hubmagneten angeäußerte Messwertgeber
ist selbstverständlich über geeignete Zuleitungen
nach außerhalb
des Gehäuses
geführt, so
dass eine geeignete Sensoreinrichtung, die die Signale des Messwertgebers
auswertet, an den Hubmagneten anschließbar ist.
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Es
liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass der innerhalb
oder außerhalb
des Gehäuses
des Hubmagneten angeordnete Messwertgeber ein binäres Signal
oder ein kontinuierliches Signal zur Verfügung stellt. Mit einem binären Signal
kann allerdings lediglich festgestellt werden, ob sich der Anker
oder Ankerkolben aus einer bestimmten Ruhelage wegbewegt hat oder
nicht bzw. in eine bestimmte Lage, die durch die Anordnung des Messwertgebers
vorgegeben ist. Liefert dagegen der Messwertgeber ein kontinuierliches
Signal, welches sich in dem Maße ändert, wie
weit sich gerade der Anker bewegt hat, so ist eine Positionserkennung des
Ankers in jeder möglichen
Lage des Ankers durchführbar.
Der Messwertgeber kann hierfür
entweder ein analoges Signal oder ein mehrwertiges digitales Signal
zur Verfügung
stellen. Diese Signale werden in der Sensoreinrichtung ausgewertet.
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Im
einfachsten Fall kann der Messwertgeber ein Schalter oder ein Mikroschalter
sein, der es erlaubt, eine Bewegung des Ankers oder Ankerkolbens mechanisch
zu erfassen.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, an Stelle eines
solchen Schalters oder Mikroschalters einen re sistiven, induktiven
oder kapazitiven Messwertgeber vorzusehen. Solche Messwertgeber
sind bestens für
eine kontinuierliche Ankerpositionserfassung geeignet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang
mit sechs Figuren näher
erläutert.
Es zeigen
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1 einen Doppel-Spreizhubmagneten nach
der Erfindung zum Einsatz als Bremsbackenbetätigungselement innerhalb einer
Bremseinrichtung,
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2 den Doppel-Spreizhubmagneten
nach 1 in vergrößerter und
teilweise aufgebrochener Seitenansicht,
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3 einen ähnlichen Hubmagneten wie in 2, jedoch mit integrierten
Mikroschaltern,
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4 einen ähnlichen Hubmagneten wie in 3, jedoch mit integrierten
resistiven Messwertgebern,
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5 einen ähnlichen Hubmagneten wie in 3, jedoch mit integrierten
kapazitiven Messwertgebern, und
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6 einen ähnlichen Hubmagneten wie in 3, jedoch mit integrierten
induktiven Messwertgebern.
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In
den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben,
gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung. Darüber hinaus
wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
jeweils ein Doppel-Spreizhubmagnet beschrieben, der innerhalb eines
Gehäuses
zwei entgegengesetzt zueinander angeordnete Anker, die jeweils mit
Ankerkolben verbunden sind, aufweist.
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In 1 ist schematisch eine Bremseinrichtung
mit einer Bremstrommel 10 dargestellt. Auf die Bremstrommel 10 drücken zwei
zueinander gegenüberliegend
angeordnete Bremsbacken 12, die jeweils mit einem Bremshebel 14 feststehend
verbunden sind. In der dargestellten Figur ist die Bremstrommel 10 zwischen
die beiden Bremsbacken 12 eingeklemmt, so daß eine Drehung
der Bremstrommel 10 ausgeschlossen ist. Um der Bremstrommel
eine Bewegung zu ermöglichen,
ist es erforderlich, daß die beiden
Bremshebel 14 an ihren dargestellten, oberen Enden weg
nach außen
weggedrückt
werden. Hierfür dient
der Doppel-Spreizhubmagnet
mit seinen beiden Ankerkolben 22, von denen jeweils einer
gegen den Bremshebel 14 drücken kann, sofern eine entsprechende
Bestromung der im Gehäuse 20 des Doppel-Spreizhubmagneten
angeordneten Spule erfolgt. Eine solche Bremseinrichtung kann beispielsweise
bei einem Aufzugsantrieb eingesetzt werden, bei der die Seilscheibe
mit der Bremstrommel 10 drehfest in Verbindung steht. Drücken die
Ankerkolben 22 die Bremshebel 14 auseinander,
kann die Bremstrommel 10 durchdrehen und eine Bewegung des
Aufzuges kann durchgeführt
werden.
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Der
in 1 dargestellte Doppel-Spreizhubmagnet
weist zwei Meßwertgeber 30 auf,
die zur Bewegungserfassung des Ankers 24 oder Ankerkolbens 22 dienen.
Im Ausführungsbeispiel
von 1 sind die Meßwertgeber 30 als
Schalter bzw. Mikroschalter ausgebildet. Die Mikroschalter sitzen
mit ihrem Gehäuse
oder einer geeigneten Halteeinrichtung feststehend jeweils auf den
Ankerkolben 22 und zwar derart, daß der Schaltstößel 32 an
der jeweiligen Stirnfläche
des Gehäuses 20 des
Hubmagneten anstößt. In der
in 1 dargestellten Ruhestellung
des Hubmagneten sind die Schaltstößel 32 der Schalter 30 gedrückt. Wird
die im Gehäuse 20 des
Hubmagneten befindliche Erregerspule (gegebenenfalls können auch
mehrere Erregerspulen im Gehäuse 20 angeordnet
sein) bestromt, bewegen sich die Ankerkolben 22 in Richtung
Bremshebel 14, so daß die
Bremstrommel 10 freigegeben wird. Mit der Bewegung der Ankerkolben 22 bewegen
sich auch die mit den Ankerkolben 22 feststehenden Schalter 30 von
den Stirnflächen
des Gehäuses 20 des
Hubmagneten weg. Hierdurch federn die Schaltstößel 32 in ihre Ruhestellung
zurück,
wodurch die Schalter geöffnet werden.
Dieser Schaltvorgang kann in einer geeigneten Sensoreinrichtung
ausgewertet werden zum Erhalt einer Information, ob sich die Ankerkolben 22 bewegt
haben und/oder in ihrer Endstellung angekommen sind und hierdurch
die Bremstrommel 10 freigegeben ist.
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2 zeigt den in 1 bereits beschriebenen
Doppel-Spreizhubmagneten
in teilweise aufgebrochener Seitenansicht. Die Mittenachse des Hubmagneten
ist mit dem Bezugszeichen X bezeichnet. Aus dem aufgebrochenen Teil
des Hubmagneten sind deutlich die beiden Anker 24 erkennbar,
die jeweils mit den bereits erwähnten
Ankerkolben 22 in Verbindung stehen. Koaxial um die beiden
Anker 24 ist jeweils eine Erregerspule 25 gewickelt,
die auf einem Spulenkörper 21 sitzt.
Darüber
hinaus weist der Hubmagnet ein geschlossenes Magneteisensystem 23 auf.
Zusätzlich
ist in 2 eine Anschlußeinheit 26 erkennbar,
welche mit Zuleitungen für
die Erregerspulen 25 verbunden sind. Der Einfachheit halber sind
in 2 die zu den Schaltern
gehörenden
Zuleitungen nicht dargestellt. Die Schalter sind bei Einsatz des
Hubmagneten mit einer Sensor- bzw. Auswerteeinrichtung in Verbindung.
Der Vollständigkeit
halber ist in 2 ein
Fuß 27 dargestellt,
auf welchem das Gehäuse 20 des
Hubmagneten feststehend montiert ist.
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Das
Ausführungsbeispiel
von 3 ähnelt weitgehend
dem Hubmagneten von 2.
Im Unterschied zum Hubmagneten von 2 sind
die Schalter jetzt nicht auf den Ankerkolben 22 außerhalb
des Gehäuses 20 angeordnet,
sondern in den Hubmagneten integriert. Die Schalter sind jetzt im
Bereich der sich gegenüberstehenden
Stirnflächen
der beiden Anker 24 angeordnet und zwar derart, daß deren
jeweiliger Schaltstößel 32 in
Ruhestellung der Anker 24 von den jeweiligen Stirnflächen des
Ankers 24 gedrückt
sind. Bewegen sich die beiden Anker 24 aufgrund einer Bestromung
der Erregerspulen 25 entsprechend der in 3 dargestellten Pfeile B voneinander
weg, federn die Schaltstößel 32 in
ihre Ruhestellung zurück
und die Schalter öffnen.
Die Anschlußeinheit 26 ist über Zuleitungen
mit den Schaltern in Verbindung, so daß an der Anschlußeinheit 26 die
Schaltsignale der Schalter abgreifbar sind.
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Die
in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
der 4, 5 und 6 gezeigten
Hubmagneten entsprechen weitgehend dem Hubmagneten von 3. Allerdings sind die in 3 gezeigten Schalter ersetzt
durch eine resistive (4)
kapazitive (5) bzw.
induktive (6) Meßwertgeberanordnungen.
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In 4 befinden sich zwischen
den beiden sich gegenüberliegenden
Stirnflächen
der beiden Anker 24 Widerstandswicklungen 35,
eine Isolierung 34 und eine Widerstandsschleife 36,
um ein Widerstandselement nach Art eines Potentiometers zu bilden.
Bewegen sind die Anker 24 voneinander weg, wird der Widerstand
verändert,
was über
eine an die Anschlußeinheit 26 angeschlossene
Sensoreinrichtung detektierbar ist.
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In 5 ist der Hubmagnet mit
einem kapazitiven Meßwertgeber
versehen. Der kapazitive Meßwertgeber
weist nach Art eines Plattenkondensators Elektroden 38, 39 auf,
die zwischen den beiden Ankern 24 sitzen. Bewegen sich
die Anker 24 voneinander weg, führt dies zu einer Änderung
der Kapazität zwischen
dem Elektroden 38, 39, was ebenfalls auswertbar
ist zur Bestimmung der augenblicklichen Ankerpositionen.
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Der
induktive Meßwertgeber
zwischen den beiden Ankern 24 in 6 weist im wesentlichen zwei auf der
Achse X sitzende Eisenkerne 41 auf, um die koaxial beabstandet
Spule 42 gewickelt sind. Bei einem Auseinanderbewegen der
Anker 24 ändert sich
die Induktivität
dieser Anordnung, was ebenfalls in einer Sensoreinrichtung detektierbar
ist.
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- 10
- Bremstrommel
- 12
- Bremsbacke
- 14
- Bremshebel
- 20
- Gehäuse
- 21
- Spulenkörper
- 22
- Ankerkolben
- 23
- Magneteisensystem
- 24
- Anker
- 25
- Erregerspule
- 26
- Anschlußeinheit
- 27
- Fuß
- 30
- Meßwertgeber
- 32
- Schaltstößel
- 34
- Isolierung
- 35
- Widerstandwicklung
- 36
- Schleife
- 38
- Elektrode
- 39
- Elektrode
- 41
- Eisenkern
- 42
- Spulen
- X
- Achse
- B
- Bewegungsrichtung