DE3031354A1 - Elektromagnetische anordnung - Google Patents

Description

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ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Elektromagnetische Anordnung

Die Erfindung "betrifft eine elektromagnetische Anordnung mit einem entgegen der Kraft einer Rückstellfeder bewegbaren Anker, der den Eisenkern eines mit einer Erregerwicklung versehenen Elektromagneten gegenübersteht.

Bei ausreichender Optimierung erreichen die heute üblichen Elektromagneten sehr kurze Stellzeiten, welche im Millisekunden-Bereich liegen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde in einer elektromagnetischen Anordnung wesentlich kürzere Stellzeiten zu erreichen. Hierzu sind die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

Bei den bekannten Piezostellern liegen die Schaltzeiten zwischen 10 und 100^isec, jedoch ist bei diesen der nutzbare Weg auf wenige Bruchteile von Millimetern beschränkt. Dieser reicht jedoch aus, den Anker des Elektromagneten an seiner Bewegung solange zu hindern, bis der Piezosteller ein- bzw. ausgeschaltet wird und den Anker freigibt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.

E.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist ein üblicher Elektromagnet mit einem topfförmigen Eisenkern 1 vorgesehen, der im dargestellten Längsschnitt E-förmig ausgebildet ist und einen zentralen Mittelschenkel 2 hat, auf welchem die Magnetwicklung 3 sitzt. Der freien Stirnseite des Mittelschenkels 2 steht mit geringem Abstand ein in Richtung der Längsachse h durch nicht dargestellte Mittel geführter Anker 5 gegenüber, welcher unter dem Zug einer Rückstellfeder 6 steht. Den magnetischen Rückschluß bildet ein Jochstück 7 mit einer zur Längsachse k koaxialen Bohrung 8, welche den Anker 5 mit geringem radialem Spiel aufnimmt.

Wenn die Enden 9 und 10 der Magnetwicklung 3 an eine Gleichspannung gelegt werden, beginnt in der Wicklung ein Strom I zu fließen, welcher nach der bekannten Gleichung

umso langsamer ansteigt,, je größer die Induktivität L ist. Nach Ablauf der Zeitkonstanten R/L erreicht der Magnetisierungsstrom I den Maximalwert U/R, bei welchem die Zugkraft F des Elektromagneten ein Maximum ist.

Wach dem Grundprinzip der Erfindung soll der Anker 5 solange festgehalten werden und keine Annäherungsbewegung ge gen den Mittelschenkel 2 ausführen können, bis der Magneti sierungsstrom I sein Maximum erreicht hat.

Diesem Zweck dient ein piezoelektrischer Steller 12, der in einem Isolierstoffgehäuse 13 eine große Anzahl von piezokeramischen Scheiben 1U enthält. Diese Scheiben sind elektrisch hintereinander geschaltet und können über

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R.

Zuführungsleitungen 15 und ΐβ an Gleichspannung gelegt werden. Unter dem Einfluß des angelegten elektrischen Feldes dehnen sich die Scheiben λ\ bei gleichzeitiger Kontraktion ihrer Durchmesser in Richtung der Säulenachse IT so, daß ein an der freien Säulenstirnseite sitzendes Klemmstück 18 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 19 längsverschoben wird. Das Klemmstück 18 kommt dabei zur Anlage an einem dem Klemmstück zugekehrten, sich in Richtung der Magnetachse h erstreckenden Blechstreifen 20, der in Richtung der Magnetachse h steif ist, jedoch unter dem Druck des Klemmstücks 18 federnd ausweichen kann bis er an einem mit dem Jochstück 7 fest verbundenen Anschlag 21 zur Anlage kommt.

Für den in der Zeichnung wiedergegebenen, spannungsfreien Zustand ist der Abstand zwischen dem Blechstreifen 20 und dem Druckstück 18 einerseits und dem Anschlag 21 andererseits nur wenige /am gewählt, derart, daß der relativ geringe piezoelektrische Weg Sp ausreicht den Blechstreifen 20 gegen den Anschlag 21 mit hoher Kraft Fp festzuklemmen. Diese Klemmkraft vermag den Anker 5 in seiner abgefallenen Stellung auch dann festzuhalten, wenn die Magnetwicklung 3 zur Erzielung eines magnetischen Flusses an Spannung gelegt wird. Das bei eingeschalteter Magnetwicklung 3 entstehende Magnetfeld kann sich daher bis zu seiner vollen Stärke aufbauen. Erst wenn der Piezosteller 12 abgeschaltet wird, kann das Magnetfeld bei maximaler Stärke beginnend den Anker 5 gegen die Kraft der Rückstellfeder 6 anziehen. Auf diese Weise können wesentlich kürzere Stellzeiten des Ankers 5 gegenüber den konventionellen Elektromagneten erzielt werden.

R.

Bei dem in Figur 2 nur ausschnittsweise wiedergegebenen abgewandelten Ausführungsbeispi"el ist anstelle eines Festanschlages ein zweiter piezoelektrischer Steller 22 vorgesehen, der ebenso wie der auf der anderen Seite des Blechstreifens 20 angeordnete erste piezoelektrische Steller aus einer Vielzahl von piezoelektrischen Scheiben 2^ besteht. Diese sind mit ihrer Säulenachse 25 in Verlängerung der Säulenachse 17 &es ersten Stellers 12 angeordnet und tragen an ihrer freien, gegen den' Blechstreifen gerichteten Stirnseite ebenfalls ein Klemmstück 28. Durch diese zum Blechstreifen 20 spiegelsymmetrische Anordnung ergibt sich bei größerem Stellweg eine leichtere Zentrierung und demzufolge eine geringere Reibung gegenüber den beiden Druckstücken 18 und 28, wenn die Steller spannungslos sind.

Claims (6)

1.8.1980 Lr/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

1/ Elektromagnetische Anordnung mit einem entgegen der Kraft einer Rückstellfeder "bewegbaren Anker, der den Eisenkern eines mit einer Erregerwicklung versehenen Elektromagneten gegenübersteht, dadurch, gekennzeichnet, daß ein piezoelektrischer Steller (12) vorgeshen ist, der mehrere zu einer Säule gestapelte piezoelektrische Scheiben (1U) enthält, die mit einem in Säulenlängsrichtung verstellbaren, am Anker angreifenden Verriegelungsstück (18) eine Ankerbewegung zeitweilig bis zum Ein- oder Ausschalten einer an den Scheiben wirksam werdenden Betriebsspannung verhindern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Anker (5) ein abstehendes, mit dem Verriegelungsstück (18) zusammenwirkendes Gegenstück (20) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellrichtung O9) <ies vorzugsweise als Klemmstück (12) ausgebildeten Verriegelungsstückes wenigstens annähernd senkrecht zur Bewegungsrichtung UO des Ankers (5) verläuft.

h. Anordnung nach Anspruch. 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenstück als Blechstreifen (20) ausgebildet ist, der von der Rückseite des Ankers (5) abstellt und mit einer seiner beiden sich in Ankerlängsrichtung erstreckenden Breitseiten dem Verriegelungsstück (.18) gegenübersteht und q_uer zur Bewegungsrichtung das Ankers (5) federnd ausgebildet ist.

5. Anordnung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Verriegelungsstück (J8) abgekehrten Breitseite des Blechstreifens (20) in sehr geringem Abstand ein dem Federweg des Blechstreifens begrenzender Anschlag (21) gegenübersteht.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag das Klemmstück (28) eines zweiten piezoelektrischen Stellers (22) vorgesehen ist, der wenigstens annähernd gleichachsig zum ersten Steller (J2) derart angeordnet ist, daß die beiden Klemmstücke (J8, 28) den Blechstreifen (20) zwischen sich fassen.