DE3612289A1

DE3612289A1 - Magnetisch betaetigtes stellglied

Info

Publication number: DE3612289A1
Application number: DE19863612289
Authority: DE
Inventors: Seiji Yamamoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-04-13
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1986-10-16
Also published as: IT8653260V0; US4658230A; IT1187979B; GB2175144A; JPS61237325A; IT8667302A0; GB2175144B; GB8607927D0; KR860008580A

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein magnetisch betätigtes Stellglied und insbesondere ein magnetisch betätigtes Stellglied, das für die Einstellung eines Betätigungselements geeignet ist, wie es beispielsweise in einem fotografischen Verschlußmechanismus, einem fotografischen Blendenmechanismus, einem elektrischen Hochgeschwindigkeits-EIN/AUS-Schalter oder bei einer beliebigen anderen Gerätekomponente verwendet wird, die in Antwort auf das Anlegen eines elektrischen Freigabesignals betätigt werden muß.

Momentan ist ein magnetisch betätigtes Stellglied mit einer Kombination aus einem Elektromagneten und einem Permanentmagneten im Handel erhältlich, wobei die von dem Elektromagneten bzw. dem Permanentmagneten erzeugten Magnetkräfte miteinander in Wechselwirkung stehen, um ein Betätigungselement, beispielsweise für die Einstellung eines in einer Steuerschaltung verwendeten Schaltkontaktes, anzutreiben. Das magnetisch betätigte Stellglied nach dem Stand der Technik ist im allgemeinen so ausgelegt, daß von den in dem Elektromagneten bei dessen elektrischer Erregung induzierten entgegengesetzten Polaritäten bei der Einstellung des Betätigungselements Verwendung gemacht wird, nämlich um einen geschlossenen Magnetkreis zwischen dem Elektromagneten und dem Permanentmagneten aufzubauen.

Bei der Ausnutzung der in dem Elektromagneten induzierten entgegengesetzten Polaritäten für die Einstellung des Betätigungselements stellte es sich als schwierig heraus, die zwischen den gegenüberliegenden Polen des Elektromagneten austretende Magnetkraft ins rechte Verhältnis mit der Magnetkraft des mit dem Betätigungselement gekoppelten Permanentmagneten zu bringen, wodurch der von dem magnetisch betätigten Stellglied insgesamt erzeugte Antrieb zur Unsicherheit neigt.

Obwohl sich der von dem magnetisch betätigten Stellglied erzeugte Antrieb bei Ausnutzung der gegenüberliegenden Pole des Elektromagneten verglichen mit dem Fall, in dem nur einer der gegenüberliegenden Pole verwendet wird, theoretisch anscheinend verdoppelt, ist es in der Praxis so, daß die Tendenz zu einer Halbierung des von dem magnetisch betätigten Stellglied insgesamt erzeugten Antriebs besteht, da das gegenseitige Verhältnis zwischen den von dem Elektromagneten und dem Permanentmagneten erzeugten Magnetkräften sich selbst nicht erhält, mit der Folge, daß die entweder von dem Elektromagneten oder dem Permanentmagneten erzeugte magnetische Anziehungskraft nicht zu der von dem jeweils anderen Magnetelement erzeugten magnetischen Abstoßungskraft paßt.

Da bei dem erläuterten magnetisch betätigten Stellglied nach dem Stand der Technik zumindest eine der in dem Elektromagneten erzeugten entgegengesetzten Polaritäten magnetisch zu einer Position geführt werde muß, an der sie tatsächlich ausgenutzt . wird, ist zusätzlich die Verwendung eines Eisenkerns mit relativ großer Masse in dem Elektromagneten notwendig und/oder das magnetisch betätigte Stellglied selbst erhält einen dermaßen komplizierten Aufbau, daß während der Herstellung zwischen den einzelnen Produkten Leistungsabweichungen auftreten.

Da während des Betriebs des magnetisch betätigten Stellglieds das Betätigungselement in Kontakt mit einem der entgegengesetzten Pole des Elektromagneten gebracht wird, baut sich daneben in dem Betätigungselement leicht eine Restmagnetisierung auf, die einen Grund für die Verschlechterung des Ansprechens des Betätigungselements auf das Anlegen eines elektrischen Signals bildet.

f' Die Entwicklung der vorliegenden Erfindung erfolgte daher

unter dem Gesichtspunkt, im wesentlichen die oben beschriebenen Nachteile und Unzulänglichkeiten des bekannten magnetisch betätigten Stellgliedes zu überwinden. Eine grundlegende Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein verbessertes magnetisch

betätigtes Stellglied mit hoher Leistung zu schaffen, wobei nur einer der gegenüberliegenden Pole des Elektromagneten im Zusammenwirken mit dem Permanentmagneten verwendet wird, so daß die vom Elektromagneten und vom Permanentmagneten ausgehenden Magnetkräfte während der Herstellung einfach und ohne weiteres im Verhältnis zueinander eingestellt werden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, ein verbessertes magnetisch betätigtes Stellglied des obigen Typs mit hoher Leistung anzugeben, bei dem kein Kontakt zwischen dem Betätigungselement und einem Bereich des Elektromagneten stattfindet, so daß die Lebensdauer entsprechend verlängert wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein verbessertes magnetisch betätigtes Stellglied des obigen Typs mit hoher Leistung anzugeben, das auf das angelegte elektrische Signal schnell anspricht und in der Leistung zuverlässig ist.

Weiterhin soll das verbesserte magnetisch betätigte Stellglied des obigen Typs leicht hergestellt werden können und kompakte Abmessungen haben, ohne daß ein wesentlicher Kostenanstieg auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgaben weist ein erfindungsgemäß verbessertes magnetisch betätigtes Stellglied mit hoher Leistung ein Betätigungselement, das wahlweise zwischen voneinander in einem Abstand angeordneten ersten und zweiten Positionen versetzt werden kann, eine Elektromagnetanordnung für den Antrieb des Betätigungselements, um es unter dem Einfluß der von dieser ausgehenden Magnetisierung zwischen den ersten und zweiten Positionen umzuschalten, sowie eine fest mit dem Betätigungselement verbundene Permanentmagnetanordnung auf. Die Permanentmagnetanordnung weist zumindest einen Permanentmagneten auf, zwischen dessen Polen von entgegengesetzter Polarität ein magnetisches Feld gebildet wird.

Die Elektromagnetanordnung umfaßt einen im allgemeinen länglichen Eisenkern, um den herum eine Topfmagnetspule angebracht ist, und ist fest in einer Position gelagert,

in der eines der gegenüberliegenden Enden des Eisenkerns dem Magnetfeld zwischen den Polen des Permanentmagneten gegenüber steht. Da zwischen den Polen des Permanentmagneten konstant das magnetische Feld entwickelt wird, resultiert ein elektrischer Leistungsfluß in einer Richtung durch die Topfmagnetspule in der Entwicklung einer magnetischen Anziehungskraft zwischen dem gegenüberstehenden Ende des Eisenkerns und einem der Pole des Permanentmagneten sowie in einer magnetischen Abstoßungskraft zwischen diesem Ende des Eisenkerns und dem anderen Pol des Permanentmagneten, wohingegen ein elektrischer Stromfluß in der entgegengesetzten Richtung durch die Topfmagnetspule in der Entwicklung einer magnetischen Anziehungskraft zwischen dem gegenüberstehenden Ende des Eisenkerns und dem zweiten Pol des Permanentmagneten sowie einer magnetischen Abstoßungskraft zwischen dem Ende des Eisenkerns und dem ersten Pol des Permanentmagneten resultiert.

Damit kann in Abhängigkeit von der Richtung des elektrischen Stromflußes durch die Topfmagnetspule der Elektromagnetanordnung das Betätigungselement entweder in die erste oder in die zweite Position versetzt werden. Je nach Anwendung des erfindungsgemäßen magnetisch betätigten Stellgliedes kann der an die Topfmagnetspule anzulegende elektrische Strom ein Wechselstrom sein, so daß das Betätigungselement periodisch entsprechend der Periode des Wechselstroms zwischen der ersten und zweiten Position versetzt werden kann.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Permanentmagnetanordnung zwei Permanentmagnete auf, die an dem Betätigungselement auf seinen entsprechenden Seiten angebracht sind. Vorzugsweise hat die Permanentmagnetanordnung Polschuhe, die mit den entsprechenden Polen der Permanentmagnetanordnung einstückig ausgebildet oder fest verbunden sind, so daß sie in einer Richtung nahe zum Eisenkern der Elektromagnetanordnung vorstehen, wobei zwischen diesen PoI-schuhen ein Arbeitsbereich gebildet ist, in dem das Magnetfeld aufgebaut wird.

Vorzugsweise sind die Polschuhe aus von dem Permanentmagneten oder den Permanentmagneten getrennten magnetisierbaren Plattenelementen hergestellt, die fest an den entsprechenden Permanentmagnetpolen angebracht sind. Vorzugsweise ist auch eine Anschlagseinrichtung vorgesehen, um den Hub der Versetzung des Betätigungselements so einzustellen, daß zwischen dem einen Ende des Eisenkerns der Elektromagnetanordnung und den entsprechenden Polschuhen der Permanentmagnetanordnung ein geringer Zwischenraum gebildet werden kann, wenn das Betätigungselement zu der ersten oder zweiten Position umgelegt wird.

Die Permanentmagnetanordnung und die Elektromagnetanordnung können entweder auf einem gemeinsamen Trägeraufbau oder auf getrennten, miteinander verbundenen Trägeraufbauten gehaltert sein. Die oben genannte Anschlagseinrichtung ist vorzugsweise an dem die Permanentmagnetanordnung halternden Träger im Falle von getrennten Trägeraufbauten oder an einem Bereich des gemeinsamen Trägeraufbaus ausgebildet, der an die Permanentmagnetanordnung angrenzt.

Das der Permanentmagnetanordnung gegenüberstehende Ende des Eisenkerns der Elektromagnetanordnung kann entweder in dem Arbeitsbereich oder außerhalb des Arbeitsbereiches enden, vorausgesetzt, daß die an diesem einen Ende des Eisenkerns bei Erregung der Topfmagnetspule gebildete Polarität mit dem zwischen den Polen oder Polschuhen der Permanentmagnetanordnung entwickelten magnetischen Feld zusammenwirken kann.

Damit wird nach vorliegender Erfindung nur der von einem Ende des Eisenkerns der Elektromagnetanordnung ausgehende Magnetismus, d.h. nur der Einzelpol des Elektromagneten, im Zusammenwirken mit dem zwischen den Polen oder Polschuhen der Permanentmagnetanordnung entwickelten Magnetfeld ausgenutzt.

Daneben ermöglicht nach vorliegender Erfindung die Verwendung der Anschlagseinrichtung, jeden möglichen Kontakt zwischen dem einen Ende des Eisenkerns der Elektromagnetanordnung und einem der Polschuhe der Permanentmagnetan-

Ordnung zu vermeiden.

Die genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres aus der folgenden detaillierten BeschreibvttK: bevorzugter Ausführungsbeispiele deutlich, die unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erfolgt. In den Zeichnungen sind übereinstimmende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. In den Zeichnungen zeigen

Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines magnetisch betätigten Stellgliedes nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 2 eine Draufsicht auf das Stellglied nach Figur 1; Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer in dem Stellglied nach Figur 1 verwendeten Permanentmagnetan-Ordnung in etwas vergrößertem Maßstab; Figur 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in Figur 1;

Figur 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in Figur 1; Figur 6 eine schematische Seitenansicht eines magnetisch betätigten Stellgliedes nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 7 eine Draufsicht auf das Stellglied nach Figur 6; Figur 8 eine schematische Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellglieds; und

Figur 9 eine Draufsicht auf das in Figur 8 gezeigte Stellglied.

Das in den Figuren 1 bis 3 gezeigte neuartige magnetisch betätigte Stellglied hat einen Trägeraufbau 10 mit einem im allgemeinen L-fÖrmigen Körper 11, der eine längliche Grundplatte 11A und eine mit einem Ende der Grundplatte 11A zusammenhängend ausgebildete und senkrecht zur Grundplatte 11A verlaufende aufrecht stehende Wand 11C aufweist. Der Trägeraufbau 10 umfaßt weiterhin ein Paar von im allgemeinen rechteckigen Seitenwänden 11B, die mittels Schrauben 12 an gegenüberliegenden Seitenflächen der Grundplatte 11A

an dem der Wand 11C gegenüberliegenden Endbereich so angebracht sind, daß sie einander gegenüber stehen. Ein im allgemeinen plattenähnliches Betätigungselement 14 ist durch die Seitenwände 11B mittels eines Wellen- oder Stiftelementes 13 schwenkbar gelagert, das mit seinen entgegengesetzten Enden an den entsprechenden Seitenwänden 11B als Achszapfen angebracht ist. Die Montage des Betätigungselements 14 auf der Welle 13 kann auf beliebige geeignete Weise erfolgen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Mittelteil der Welle 13 axial für den Durchtritt des Betätigungselements 14 geschlitzt, und d^s durch den Schlitz in der Welle

13 verlaufende Betätigungselement 14 ist in seiner Position fixiert.

Das magnetisch betätigte Stellglied weist daneben eine Elektromagnetanordnung 16, die durch die aufrecht stehende Wand 11C des Trägeraufbaus 11 so gelagert ist, daß sie in Richtung des Betätigungselements 14 zeigt und in Längsrichtung im allgemeinen parallel zu der Längsachse der Grundplatte 11A liegt, wie später im einzelnen beschrieben, sowie eine Permanentmagnetanordnung 20 auf, die fest an dem an die Elektromagnetanordnung 16 angrenzenden Ende des Betätigungselements 14 angebracht ist. Der Aufbau der Permanentmagnetanordnung 20 wird unten insbesondere unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 im einzelnen beschrieben. Das 5 Betätigungselement 14 hat für die Halterung der Permanentmagnetanordnung 2O einen im allgemeinen U-förmigen Ausschnitt oder Sockel 19, der durch eine von dem Ende des Betätigungselements 14 neben der Elektromagnetanordnung 16 in Ausrichtung zur Längsachse des Betätigungselements

14 nach innen verlaufende Ausnehmung gebildet wird.

Wie am besten in den Figuren 3 und 4 dargestellt, weist die Permanentmagnetanordnung 20 einen im allgemeinen rechteckigen Permanentmagneten 21 mit N- und S-Polen an seinen entgegengesetzten Enden und ein Paar von im allgemeinen länglichen magnetisierbaren Polschuhen 22 und 23 auf, die mit dem N- bzw. dem S-PoI des Permanentmagneten 21 verbunden

sind. Die Anordnung aus dem Permanentmagneten 21 und den Polschuhen 22 und 23 ist so in ein Gehäuse 24 eingesetzt, daß ein Ende eines jeden Polschuhes 22 und 23 seitlich gegenüber dem Permanentmagneten 21 vorstehen und aus dem Gehäuse 24 herausstehen kann, wodurch sich eine im allgemeinen U-förmige Kontur ergibt. Das Gehäuse 24 ist aus einem nicht magnetisierbaren Material hergestellt, wie z.B. einem harten Kunstharz, Aluminium, Kupfer oder Phosphorbronze, vorzugsweise aus Kunstharz oder Aluminium. Das Gewicht des Betätigungselements 14 soll so gering wie möglich sein, um seine Versetzung mit hoher Geschwindigkeit zu erlauben. Es ist anzumerken, daß bei Herstellung des Betätigungselements 14 aus nicht magnetisierbarem Material die Verwendung des Gehäuses nicht unabdingbar ist, da zwischen der Permanentmagnetanordnung 20 und dem Betätigungselement 14 kein geschlossener Magnetkreis gebildet wird.

Nach den Figuren 3 und 4 hat jede der das Gehäuse 24 bildenden gegenüberliegenden Seitenwände 24b ein Paar Flanschelemente 24a, die von ihm seitlich nach außen vorstehen und zueinander einen Abstand haben, der gleich der oder geringfügig größer als die Dicke des Betätigungselements 14 ist. Die gepaarten Flanschelemente 24a auf einer der gegenüberliegenden Seitenwände 24b fluchten mit den gepaarten Flanschelementen 24a auf der anderen Seitenwand 24b.

Die Permanentmagnetanordnung 20 mit der unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 beschriebenen Konstruktion ist in dem Sockel 19 des Betätigungselements 14 aufgenommen, wobei die gepaarten Flanschelemente 24a des Gehäuses 24 die Dicke des Betätigungselements 14 einspannen, wie am besten in Figur 4 gezeigt. Zur Bildung einer festen Verbindung zwischen den gepaarten Flanschelementen 24a und dem Betätigungselement 14 für die Sicherung der festen Verbindung zwischen der Permanentmagnetanordnung 20 und dem Betätigungselement 14 kann ein beliebiges geeignetes Bindemittel verwendet werden. Mit der so an dem Betätigungselement 14 angebrachten Permanentmagnetanordnung 20 liegen damit die mit dem N- bzw. S-PoI des Permanentmagneten 21

verbundenen Polschuhe 22 und 23 parallel zu dem Betätigungselement 14, wie es am besten in Figur 1 dargestellt ist. Die jeweiligen Enden der Polschuhe 22 und 23, die vom Permanentmagneten 21 seitlich nach außen vorspringen, stehen der Elektromagnetanordnung 16 gegenüber, wobei zwischen ihnen ein Arbeitsbereich 27 gebildet ist.

Wenn das Betätigungselement 14 aus magnetisierbarem Material hergestellt ist, wie z.B. Eisen, ist das Gehäuse 24 vorzugsweise dickwandig, so daß jeder der Polschuhe 22 und 23 einen vergrößerten Abstand zu dem Betätigungselement 14 aufweist, um dadurch jeden möglichen Kurzschluß zwischen einem Magnetkreis aus dem Permanentmagneten 21 und einem der Polschuhe 22 und 23 sowie einem Magnetkreis aus dem Permanentmagneten 21 und dem anderen der Polschuhe 22 und 23 zu verhindern.

Nach den Figuren 1 und 2 umfaßt die Elektromagnetanordnung 16 einen länglichen Eisenkern 26, um den die Topfmagnetspule 16a gebildet ist. An einem Ende 17 dieses Eisenkerns 2 6 ist ein Gewinde ausgebildet, und die Elektromagnetanordnung 16 wird durch die aufrecht stehende Wand 11C des Trägeraufbaus 10 gelagert, wobei das Gewindeende 17 des Eisenkerns 26 durch die aufrecht stehende Wand 11C geführt ist. Auf den Teil des Gewindeendes 17 auf der von der Permanentiragnetanordnung 20 entfernten Seite der aufrecht stehenden Wand 11C ist eine Gegenmutter 18 aufgeschraubt, um die Elektromagnetanordnung 16 in ihrer Lage relativ zu dem Trägeraufbau 10 zu sichern.

Die in der aufrecht stehenden Wand 11C vorgesehene Öffnung, durch die das Gewindeende 17 verläuft, kann entweder einen Durchmesser haben, der geringfügig größer als der maximale Außendurchmesser des Gewindeendes 17 ist, oder als eine kreuzförmige Öffnung ausgebildet sein, so daß die Position der Elektromagnetanordnung 16 relativ zu der Permanentmagnetanordnung 20 auf eine gewünschte Genauigkeit eingestellt werden kann.

Wenn die Elektromagnetanordnung 16 auf die oben beschriebene Art gelagert ist, steht das von der aufrecht stehenden Wand 11C entfernte Ende 26a des Eisenkerns 26 in den Arbeitsbereich 27 vor und endet mit einem Abstand innerhalb des auf dem Betätigungselement 14 über das Gehäuse 2 4 montierten Permanentmagneten 21. Wenn der Elektromagnetanordnung 16 ein elektrischer Strom zugeführt wird, so daß er die Topfmagnetspule 16 durchfließt, wird das freie Ende 2 6a des Eisenkerns 26 in Abhängigkeit von der Flußrichtung des elektrischen Stromes entweder ein N-PoI oder ein S-PoI. Unter der Annahme, daß das freie Ende 26 a des Eisenkerns 26 ein N-PoI wird, wie in Figur 1 gezeigt, entwickelt sich zwischen dem Polschuh 23 und dem freien Ende 26a des Eisenkerns eine magnetische Anziehungskraft, die entsprechend Figur 1 eine Schwenkbewegung des Betätigungselements 14 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Welle 13 verursacht, so daß das Betätigungselement 14 eine mit P1 bezeichnete erste Position einnimmt. Wird dagegen das freie Ende 26a ein S-PoI, während sich das Betätigungselement 14 in der ersten Position P1 befindet, entwickelt sich zwischen dem Polschuh 23 und dem freien Ende 26a auf der einen Seite eine magnetische Abstoßungskraft und andererseits zwischen dem Polschuh 22 und dem freien Ende 26a eine magnetische Anziehungskraft, die eine Schwenkbewegung des Betätigungselements 14 um die Welle 13 im Uhrzeigersinn hervorruft, so daß dieses, wie gestrichelt eingezeichnet, eine zweite Position P2 einnimmt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem das freie Ende 26a des Eisenkerns 26 in den Arbeitsbereich 27 innerhalb einer Ebene vorsteht, die in Berührung mit den jeweiligen freien Stirnflächen der Polschuhe 22 und 23 angrenzend an die Elektromagnetanordnung 16 liegt, schlägt das freie Ende 26a des Eisenkerns 26 an die Polschuhe 22 und 23 an, wenn das Betätigungselement 14 in die zweite Position P2 bzw. in die erste Position P1 verschwenkt wird. Um einen derartigen direkten Kontakt des freien Endes 26a des Eisenkerns 26 mit jeweils einem der Polschuhe 22 und 23 zu vermeiden,

ist mittels einer oder mehrerer Stellschrauben oder -bolzen 30 eine einen Anschlag festlegende Platte 29 an dem freien Ende der Grundplatte 11A des Trägeraufbaus 10 befestigt, das der aufrecht stehenden Wand 11C gegenüberliegt. Wie am besten Figur 5 zu entnehmen, ist in der den Anschlag festlegenden Platte 29 eine Öffnung im allgemeinen in Form eines umgekehrten T vorgesehen, um ein Paar von voneinander entfernten Anschlagsflächen 31 und 3 2 zu schaffen, die in Schwenkrichtung des Betätigungselements übereinander liegen. Wie in Figur 5 gezeigt, ist die Anschlagsplatte 29 an der Grundplatte 11A des Trägeraufbaus angebracht, wobei das Betätigungselement 14 mit viel Spielraum durch einen horizontalen Bereich der öffnung in Form eines umgekehrten T in der Anschlagsplatte 29 verläuft. Der Raum zwischen den Anschlagsflächen 31 und 32 ist so gewählt und so bemessen, daß zwischen dem freien Ende 26a des Eisenkerns 26 und jedem der Polschuhe 22 und 23 ein geringer Freiraum verbleibt, wenn das Betätigungselement 14 auf die oben beschriebene Art in die zweite oder erste Position P2 oder P1 geschwenkt wird.

Die gleichmäßige Bildung der geringen Freiräume zwischen dem freien Ende 26a des Eisenkerns 26 und dem Polschuh 22 bzw. dem Polschuh 23 läßt sich leicht erzielen, indem das Betätigungselement 14 in eine Position zwischen den ersten und zweiten Positionen P1 und P2 gebracht, die Position der Elektromagnetanordnung 16 relativ zu der aufrechtstehenden Wand 11C mit dem zwischen den Polschuhen 22 und 23 positionierten freien Ende 26a bestimmt, und schließlich die Gegenmutter 18 angezogen wird, um die Elektromagnetanordnung in dieser Stellung zu sichern.

Es ist anzumerken, daß in dem unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel das Betätigungselement 14 in einer Ebene orthogonal zu seiner Längsachse schwenkbar ist.

Das mit 14a bezeichnete freie Ende des Betätigungselements 14 kann funktionsmäßig mit einer beliebigen geeigneten

Gerätekomponente verbunden werden, die von dem Stellglied betätigt werden soll, beispielsweise mit einem beweglichen Kontaktelement eines elektrischen Schalters oder mit einem Freigabeelement für den Verschluß einer fotografischen Kamera. In Abhängigkeit von der Anwendung kann auf einem einzigen Trägeraufbau eine Vielzahl von magnetisch betätigten Stellgliedern montiert werden, die jeweils den oben beschriebenen und in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Aufbau haben. Die jeweiligen Topfmagnetspulen können mit einer programmierbaren Steuereinheit verbunden werden, beispielsweise einem Computer, so daß die nach einem bestimmten Programm zu steuernden Gerätekomponenten durch die Betätigungselemente der jeweiligen magnetisch betätigten Stellglieder in einer beliebigen gewünschten oder erforderlichen Reihenfolge betätigt werden können.

Wenn das erfindungsgemäße magnetisch betätigte Stellglied entsprechend obiger Beschreibung aufgebaut ist, sind die Enden der Polschuhe 22 und 23, die von dem Permanentmagneten 21 seitlich nach außen vorstehen, als N- bzw. S-PoIe polarisiert, da die Polschuhe 22 und 23 mit den N- bzw. S-Polen des Permanentmagneten 21 verbunden sind. Daher entwickelt sich in Abhängigkeit von der Flußrichtung des Gleichstroms durch die Topfmagnetspule 16a der Elektromagnetanordnung 16 die magnetische Anziehungskraft zwischen einem der Polschuhe 22 und 23 und dem freien Ende 26a des Eisenkerns 26, während sich gleichzeitig die magnetische Abstoßungskraft zwischen dem anderen der Polschuhe 22 und 23 und dem freien Ende 26a des Eisenkerns 26 aufbaut. Die Dauer, für die der Gleichstrom der Topfmagnetspule 16a zugeführt wird, hängt von der jeweiligen Anwendung des magnetisch betätigten Stellgliedes ab und kann zwischen einigen Millisekunden und Stunden liegen. Es ist anzumerken, daß die Zuführung des Gleichstroms zur Topfmagnetspule 16a nach dem Verschwenken des Betätigungs-. elements 14 in die erste oder zweite Position P1 oder P2 unterbrochen werden kann, solange das Betätigungselement 14 in der jeweiligen Position gehalten werden soll. Das ist möglich, da der jeweilige Polschuh 22 oder 23, der mit einer

Polarität entsprechend seiner Kontaktstelle mit dem Permanentmagneten 21 permanent polarisiert ist, das freie Ende 26a des Eisenkerns 26 weiterhin magnetisch anzieht, wenn das Betätigungselement 14 entweder in die erste oder zweite Position pi oder P2 verschwenkt und anschließend die Zuführung des Gleichstroms zu der Topfmagnetspule 16a unterbrochen wurde.

Aus der vorhergehenden Beschreibung wird deutlich, daß in dem erfindungsgemäßen magnetisch betätigten Stellglied nur eine der entgegengesetzten Polaritäten der Elektromagnetanordnung im Zusammenwirken mit der Permanentmagnetanordnung verwendet wird, d.h. es wird nur die Polarität ausgenutzt, die sich am freien Ende des Eisenkerns der Elektromagnetanordnung entwickelt. Verglichen mit dem Stand der Technik, wonach die entgegengesetzten Polaritäten der Elektromagnetanordnung genutzt werden, kann daher das mit der Schwierigkeit der verhältnismäßig richtigen Einstellung der Magnetkräfte verbundene Problem im wesentlichen eliminiert werden, wodurch es möglich ist, das magnetisch betätigte Stellglied leicht und mit kompakten Abmessungen herzustellen und einen zuverlässigen Betrieb des Stellgliedes zu erzielen.

Die Verwendung des länglichen Eisenkerns gibt der Elektromagnetanordnung einen einfachen Aufbau und ermöglicht eine einfache Herstellung.

Daneben wird durch die Verwendung der Anschlagsplatte, die den Ausschlag der Schwenkbewegung des Betätigungselements beschränkt, der direkte Kontakt des freien Endes des Eisenkerns mit einem der Polschuhe vermieden, der sonst zu einer Beschädigung der Polschuhe sowie des Eisenkerns führen würde.

Die Verwendungsdauer des erfindungsgemäßen magnetisch betätigten Stellgliedes kann damit wesentlich verlängert werden. Zusätzlich baut sich in dem freien Ende des Eisenkerns prakt ch kein Restmagnetismus auf, da der direkte Kontakt zwischen dem freien Ende des Eisenkerns und einem der PoI-schuhe vermieden wird, so daß das Ansprechen des Stellgliedes auf das angelegte elektrische Signal verbessert werden kann.

Im vorhergehenden, unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel, ist das Betätigungselement 14 in einer Ebene orthogonal zu seiner Längsachse schwenkbar- Nach der erfindungsgemäßen Lehre ist es jedoch auch möglich, das Betätigungselement in einer Ebene parallel zu seiner Längsachse zu verschwenken und ebenso in einer Richtung längs des Betatigungselements zu versetzen. Das Ausführungsbeispiel, in dem das Betätigungselement 14 eine Schwenkbewegung in einer Ebene parallel zu seiner Längsachse durchführt, ist in den Figuren 6 und 7 gezeigt, auf die im folgenden Bezug genommen wird.

In dem in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel findet in dem Trägeraufbau 10 ein im wesentlichen ü-fcrmiger Körper 111 statt des L-förmigen Körpers 11 im vorhergehenden Ausführungsbeispiel Anwendung. Der U-förmige Körper 111 hat zusätzlich zu der Grundplatte 11A und der aufrechtstehenden Wand 11C einen Bock 11D, der zusammenhängend mit der Grundplatte 11A an dem von der aufrecht stehenden Wand 11C entfernten Seite so ausgebildet ist, daß er senkrecht zu der Grundplatte 11A verläuft. Die Höhe des Bockes 11D über der Grundplatte 11A ist geringer als die der aufrecht stehenden Wand 11.C und ist so gewählt, daß der Bock 11D eine Oberfläche hat, die im wesentlichen in gleicher Höhe wie der Eisenkern 26 verläuft.

Das Betätigungselement 14 ist auf der Oberfläche des Bockes 11D mittels eines Stiftes oder einer Schraube 13a so montiert, daß es eine Schwenkbewegung in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Bockes 11D zwischen den ersten und zweiten Positionen P1 und P2 durchführen kann.

Für die Beschränkung des Ausschlages der Schwenkbewegung des Betätigungselements 14 zwischen der ersten und zweiten Position P1 und P2 sind durch Stellschrauben 30 aus seitlicher Richtung an gegenüberliegenden Seitenflächen des Bockes 11D Anschlagstücke 29a angebracht, wobei der Zwischenraum 5 zwischen den Anschlagstücken 29a so gewählt ist, daß zwischen dem jeweiligen Polschuh 22 oder 23 und dem freien Ende 26a

des Eisenkerns 26 ein geringer Freiraum entsteht, wenn das Betätigungselement 14 in die zweite oder erste Position P 2 oder Pl geschwenkt wird. Statt der Verwendung der Anschlagstücke 29a kann die Oberfläche des Bockes HD alternativ nach innen ausgenommen werden, um darin das Betätigungselement 14 aufzunehmen, wobei die Ausnehmung so bemessen ist, daß ihre Breite, gemessen über das Betätigungselement 14, der Spanne zwischen den oben genannten Anschlagstücken 29a entspricht. Zusätzlich kann statt der getrennten Anschlagstücke 29a auch in diesem Ausführungsbeispiel wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel eine einen Anschlag festlegende Platte 29 verwendet werden.

In den Figuren 8 und 9 ist das weitere Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem sich das Betätigungselement 14 in einer längs dazu verlaufenden Richtung zwischen den ersten und zweiten Positionen Pl und P2 bewegt.

Wie am besten in Figur 8 gezeigt, hat jede der auf jeweils einer Seite der Grundplatte 11A liegenden und daran mittels Stellschrauben oder Bolzen 12 angebrachten Seitenwände einen Schlitz 43, dessen Längsachse parallel zur Längsachse des Eisenkerns 26 liegt. Das Betätigungselement 14, das im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 8 und 9 im wesentlichen rechteckig ist, ist in den Schlitzen 43 in den Seitenwänden 11B axial verschiebbar aufgenommen, so daß eine Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Position P1 und P2 in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Eisenkerns 26 erfolgen kann.

Auf einer zur Elektromagnetanordnung 16 zeigenden Seite des Betätigungselements 14 ist dieses mit einem Ausschnitt oder Sockel ähnlich dem Sockel 19 in Figur 2 versehen, der für die Halterung der Permanentmagnetanordnung 20 in ähnlicher Weise dient, wie sie in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Auch im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 8 und 8 steht die Permanentmagnetanordnung 20 der Elektromagnetanordnung 16 im wesentlichen auf die gleiche Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel gegenüber, d.h. die Polschuhe 22 und 23 stehen der Topfmagnetspule 16a gegen-

über, während das freie Ende 26a des Eisenkerns 26 in den Arbeitsbereich 27 vorsteht, wie am besten in Figur 9 dargestellt.

Das Betätigungselement 14 im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 8 und 9 ist mit einem Paar von Vorsprüngen 45 ausgebildet, die mit einem gegenseitigen Abstand auf den jeweiligen Seiten der Permanentmagnetanordnung 20 angeordnet sind und von der Seitenkante des Betätigungselements 14 in Richtung der aufrecht stehenden Wand 11C vorspringen und zwischen den Seitenwänden 11B liegen. Diese Vorsprünge 45 sind so ausgelegt, daß sie jeweils an die danebenliegende Seitenwand 11B anschlagen, wenn das Betätigungselement seitlich in die erste und zweite Position P1 und P2 versetzt wird. Damit bilden die Teile der Seitenwände 11B, die an die jeweiligen Schlitze 43 angrenzen, und an die die zugeordneten Vorsprünge 45 anschlagen, Anschläge für die Beschränkung des Ausschlags der Bewegung des Betätigungselements 14 zwischen der ersten und der zweiten Position P1 und P2.

Bis auf den Unterschied in der Bewegungs- oder Versetzungsrichtung des Betätigungselements 14 funktioniert damit das magnetisch betätigte Stellglied nach dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel auf ähnliche Weise wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß hier zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Erläuterung von Einzelheiten verzichtet wird. Das magnetisch betätigte Stellglied nach dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel zeigt auch ähnliche Vorteile wie das Stellglied nach dem ersten Ausführungsbeispiel.

Die beschriebene Erfindung hat die folgenden zusätzlichen Vorteile: Eine körperliche Reibung zwischen beweglichen Teilen tritt an einer minimierten Anzahl von Stellen auf, d.h. nur an der Stelle, an der die Welle 13 oder der Stift 13a im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel durch das Betätigungselement 14 verläuft, und nur an den zwei Stellen, an denen das Betätigungselement 14 im dritten Ausführungsbeispiel beweglich durch die Schlitze 43 in den Seitenwänden 11B verläuft. Daher wirkt der Bewegung des Betätigungselements

nur ein minimierter Reibungswiderstand entgegen, wodurch der Betrieb des magnetisch betätigten Stellgliedes insgesamt selbst bei einem Hochgeschwindigkeitsantrieb des Betätigungselements 14 zuverlässig wird.

Da der Permanentmagnet 21 und die Polschuhe 22 und 23 fest zusammen in dem Gehäuse 24 gelagert sind, besteht praktisch keine Möglichkeit, daß sich die Magneten 21 und/ oder die Polschuhe 22 und 23 von dem Gehäuse 24 und/oder dem Betätigungselement 14 lösen können, selbst wenn dieses in kurzen Abständen mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wird.

Da die Permanentmagnetanordnung 20 aus dem Permanentmagneten 21 und den magnetisierbaren Polschuhen 22 und 23 aufgebaut ist, die an den jeweils entgegengesetzten Polen des Permanentmagneten 21 befestigte Metallplatten sein können, können sowohl der Permanentmagnet 21 als auch jeder der Polschuhe 22 und 23 in Form eines im wesentlichen rechteckigen kubischen Körpers verwendet werden, wodurch die Permanentmagnetanordnung 20 insgesamt leicht montiert werden kann. Dieser Vorteil steht an erster Stelle, wenn man berücksichtigt, daß der Permanentmagnet nicht in einer komplizierten Form hergestellt werden kann.

Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung erfolgte in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen. Es ist jedoch anzumerken, daß für den Fachmann verschiedenartige Abwandlungen und Modifikationen ohne weiteres erkennbar sind. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße magnetisch betätigte Stellglied vielfache Anwendungen finden. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist in einer Textiistrickmaschine eine Vielzahl von Wippen für den Antrieb der Stricknadeln auf einem Zylinder montiert, so daß Hebeflächen der Wippen axial durch in dem Zylinder vorgegebene zugeordnete Nuten getrieben werden können. Wenn die Hebeflächen von einigen der Wippen axial nach oben oder radial nach innen gedrückt werden, können die damit verbundenen Stricknadeln durch die Wippen herausragen, um ein Stricken in einem bestimmten Muster zu bewirken.

In einer derartigen Strickmaschine kann das erfindungsgemäße magnetisch betätigte Stellglied Anwendung finden, um durch das Betätigungselement die Hebeflächen nach einem in einem Computer gespeicherten Programm zu betätigen. Darüber hinaus muß keine Anschlagseinrichtung verwendet werden, wenn das freie Ende des Eisenkerns neben der Permanentmagnetanordnung so positioniert ist, daß es in das zwischen den Polschuhen verlaufende Magnetfeld vorsteht und auf der von dem Permanentmagnet entfernten Seite einer Ebene endet, die jeweils die freien Enden der Polschuhe berührt. Die Polschuhe können aus einem beliebigen geeigneten magnetisierbaren Material hergestellt sein, beispielsweise Weicheisen.

Daneben kann die Montage der Permanentmagnetanordnung auf dem Betätigungselement in beliebiger geeigneter Weise erfolgen, beispielsweise durch Verwendung eines Haftmittels oder eines Klebers, wenn es die Anwendung des magnetisch betätigten Stellgliedes zuläßt.

Auch solche Abwandlungen und Modifikationen liegen vollständig im Rahmen der für den Fachmann erkennbaren erfindungsgemäßen Lehre.

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Claims

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PATKXTAXWlLTI! KUKOPEAN PATENT ATTORNKYS 3612289

SEIJI YAMAMOTO 11. April WB6

DEA-27 601

Magnetisch betätigtes Stellglied PATENTANSPRÜCHE

Magnetisch betätigtes Stellglied, gekennzeichnet durch

ein im wesentlichen längliches Betätigungselement (14), das für eine wahlweise Versetzung zwischen einer ersten und einer zweiten Position (P1, P2) gelagert ist,

eine Elektromagnetanordnung (16) mit einem Eisenkern (26) und einer um diesen herum angeordneten Topfmagnetspule (16a) für den Antrieb des Betätigungselements (14), um dieses unter dem Einfluß der von der Elektromagnetanordnung ausgehenden Magnetkraft zwischen der ersten und der zweiten Position (P1, P2) zu versetzen,

eine fest auf dem Betätigungselement (14) angebrachte Permanentmagnetanordnung (20) mit einem Paar von entgegen-

gesetzten Polen (N, S) unterschiedlicher Polarität, zwischen denen sich ein magnetisches Feld entwickelt, wobei die Elektromagnetanordnung (16) fest in einer Stellung gehaltert ist, in der ein Ende (26a) des Eisenkerns (26) in dem zwischen den Polen (N, S) der Permanentmagnetanordnung (20) entwickelten Magnetfeld liegt, und

eine Einrichtung (29; 29a; 45) für die Beschränkung des Ausschlags der Bewegung des Betätigungselements (14) zwischen der ersten und der zweiten Position (P1, P2).
2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Permanentmagnetanordnung (20) einen Permanentmagneten (21) und ein Paar von an den entgegengesetzten Polen (N, S) des Permanentmagneten (21) angebrachten magnetisierbaren Polschuhen (22, 23) aufweist, deren jeweilige Enden seitlich von dem Permanentmagneten (21) vorstehen und zwischen sich einen Arbeitsbereich (27) festlegen, wobei sich das Magnetfeld zwischen diesen Enden der Polschuhe (22, 23) entwickelt.
3. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Permanentmagnetanordnung (20) ein Gehäuse (24), einen Permanentmagneten (21) und ein Paar von an den entgegengesetzten Polen (N, S) des Permanentmagneten (21) angebrachten magnetisierbaren Polschuhen (22, 23) aufweist, daß der Permanentmagnet (21) und die magnetisierbaren Polschuhe (22, 23) fest in dem Gehäuse

(24) aufgenommen sind, wobei die jeweiligen Enden der Polschuhe (22, 23) nach außen aus dem Gehäuse (24) vorstehen, und daß das Gehäuse (24) fest auf dem Betätigungselement (14) angebracht ist, wobei die Enden der Polschuhe (22, 23) zwischen sich einen Arbeitsbereich (27) festlegen, in dem sich das Magnetfeld entwickelt.
4. Stellglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Betätigungselement (14) in einem Bereich gegenüber der Elektromagnetanordnung (16) eine ausgenommene Aufnahme (19) aufweist, in der die Permanentmagnetanordnung (20) fest aufgenommen ist, und daß das Gehäuse (24) ein Paar von gegenüberliegenden Seitenwänden (24b) hat, die jeweils ein Paar dazu nach außen vorstehender, in gegenseitigem Abstand angeordneter Flanschelemente (24a) aufweisen, zwischen denen auf den jeweiligen Seiten der Permanentmagnetanordnung (20) das Betätigungselement (14) sandwichartig aufgenommen ist.
5. Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Betätigungselement ein längliches Plattenelement (14) aufweist, das im wesentlichen in seinem Mittelbereich schwenkbar gelagert ist, und dessen Schwenkachse (13) in einer Ebene parallel zum Plattenelement und senkrecht zur Längsachse des Plattenelements liegt, und daß die Ausschlags-Beschränkungseinrichtung einen Anschlag (29) mit einem Paar von Eingriffen

(31, 32) aufweist, die voneinander einen Abstand haben, der dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position (P1, P2) entspricht.
6. Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement ein längliches Plattenelement (14) aufweist, das im wesentlichen in seinem Mittelbereich schwenkbar gelagert ist, und dessen Schwenkachse (13a) in einer Ebene senkrecht zum Plattenelement liegt, und daß die Ausschlags-Beschränkungseinrichtung ein Paar von Anschlagsstücken (29a) aufweist, die fest in einer Lage gehaltert sind und voneinander einen Abstand aufweisen, der dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position (P1, P2) entspricht.
7. Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement ein längliches Plattenelement (14) aufweist, das für eine Gleitbewegung zwischen der ersten und der zweiten Position (P1, P2) in einer Richtung parallel zu seiner Längsachse durch ein Paar von Wandelementen (11B) hindurch gelagert ist, die einen gegenseitigen Abstand aufweisen, und in denen für den Durchtritt des Plattenelements (14) ein Schlitz (43) ausgebildet ist, und daß die Ausschlags-Beschränkungseinrichtung ein Paar von zusammenhängend mit dem Plattenelement (14) ausgebildeten Vorsprüngen (45) aufweist, die auf den jeweiligen Seiten der Permanentmagnetanordnung (20) und innerhalb der Wandelemente (11B) liegen

und voneinander einen Abstand aufweisen, der dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position (P1, P2) entspricht und kleiner als der Abstand zwischen den Seitenwänden (11B) ist.