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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Solenoidbetätiger und
insbesondere einen elektromagnetischen Solenoidbetätiger, der eine
Betätigungsstange
in mehrere Betriebspositionen bewegen kann.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Der
elektromagnetische Solenoidbetätiger umfasst
im Allgemeinen ein zylindrisches Gehäuse, eine im Gehäuse angeordnete
elektromagnetische Spule, einen in der elektromagnetischen Spule
angeordneten festen Eisenkern, einen beweglichen Eisenkern, der
so angeordnet ist, dass er mit dem festen Eisenkern in Kontakt kommen
und von ihm weg getrennt werden kann, und eine in dem beweglichen Eisenkern
angebrachte Betätigungsstange.
In diesem elektromagnetischen Solenoidbetätiger kann die Betätigungsstange
ausschließlich
aufgrund ihrer Bauweise in zwei Betriebspositionen gebracht werden,
d. h. in eine Betriebsposition, in der der elektromagnetischen Spule
kein elektrischer Strom zugeführt
wird, und in eine Betriebsposition, in der der elektromagnetischen
Spule elektrischer Strom zugeführt
wird.
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Ein
elektromagnetisches Solenoid, das eine Betätigungsstange in drei oder
mehr Betriebspositionen bewegen kann, ist in der japanischen ungeprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung
(Kokai) Nr. 193607/1983 offenbart worden. Das in dieser Publikation
offenbarte elektromagnetische Solenoid umfasst mehrere elektromagnetische
Spulen, mehrere feste Eisenkerne und bewegliche Eisenkerne, wobei eine
in den beweglichen Eisenkernen angebrachte Betätigungsstange durch selektive
Zufuhr eines elektrischen Stroms zu mehreren elektromagnetischen Spulen
in mehrere Positionen bewegt werden kann.
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Das
in der japanischen ungeprüften
Gebrauchsmusterveröffentlichung
(Kokai) Nr. 193607/1983 offenbarte elektromagnetische Solenoid besteht
jedoch aus mehreren elektromagnetischen Spulen, mehreren festen
Eisenkernen und beweglichen Eisenkernen, d. h. es wird durch die
Verwendung vieler Teile gebildet, was zu einer Zunahme der Größe und Kosten
führt.
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Das
Dokument
EP 1 085 532
A1 des Standes der Technik betrifft einen mit zwei Rückholfedern ausgestatteten
elektromagnetischen Betätiger.
Aus diesem Dokument ist es bekannt, eine Stange aus einer ersten
Endposition, in der dem elektromagnetischen Betätiger kein elektrischer Strom
zugeführt wird
und die Stange daher durch Rückholfedern
in die erste Endposition vorgespannt ist, in eine zweite Endposition
zu bewegen, in der dem elektromagnetischen Betätiger elektrische Energie zugeführt wird, so
dass die Stange gegen die Federkraft bewegt wird, bis der axiale
Luftspalt zwischen dem beweglichen Kern und dem festen Kern geschlossen
ist. Diese zweite Endposition wird durch eine zusätzliche Haltespule
aufrechterhalten, der weiterhin ausreichend elektrische Energie
zugeführt
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines kompakten
und preiswerten elektromagnetischen Solenoidbetätigers, der eine Betätigungsstange
in mehrere Betriebspositionen bewegen kann, ohne mehrere elektromagnetische Spulen,
feste Eisenkerne und bewegliche Eisenkerne zu verwenden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein elektromagnetischer Solenoidbetätiger nach den Merkmalen des
Anspruchs 1 bereitgestellt.
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Der
positionsbegrenzende Mechanismus kann Folgendes umfassen: mindestens
einen beweglichen Ring, der so an der Betätigungsstange oder an einer
durch die Betätigungsstange
betätigten Sperrstange
angebracht ist, dass er gleitet, ein erstes Federelement, das zwischen
dem beweglichen Ring und der Betätigungsstange
oder der Sperrstange angeordnet ist, und ein zweites Federelement,
das zwischen dem beweglichen Ring und dem Gehäuse angeordnet ist.
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Der
positionsbegrenzende Mechanismus kann außerdem Folgendes umfassen:
einen ersten Ring, der an der Betätigungsstange oder an der durch
die Betätigungsstange
betätigten
Sperrstange angeordnet und darin beschränkt ist, sich zur Seite des
beweglichen Eisenkerns hin zu bewegen, einen zweiten Ring und einen
dritten Ring, die so an der Betätigungsstange
oder an der Sperrstange angeordnet sind, dass sie auf der Seite
des ersten Rings gegenüber
dem beweglichen Eisenkern gleiten, eine erste Druckschraubenfeder,
die zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring angeordnet ist,
eine zweite Druckschraubenfeder, die zwischen dem zweiten Ring und
dem Gehäuse
angeordnet ist, eine dritte Druckschraubenfeder, die zwischen dem
zweiten Ring und dem dritten Ring angeordnet ist, und eine vierte
Druckschraubenfeder, die zwischen dem dritten Ring und dem Gehäuse angeordnet
ist, wobei die Federkraft der zweiten Druckschraubenfeder größer als
die Federkraft der ersten Druckschraubenfeder ist und die Federkraft
der vierten Druckschraubenfeder größer als die Federkraft der
dritten Druckschraubenfeder ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform eines elektromagnetischen
Solenoidbetätigers
veranschaulicht, der gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist; und
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2 ist
ein Diagramm, das den Betrieb des elektromagnetischen Solenoidbetätigers wie
in 1 gezeigt veranschaulicht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des elektromagnetischen Solenoidbetätigers, der gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist, wird nun nachstehend unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen
detaillierter beschrieben.
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform eines elektromagnetischen
Solenoidbetätigers
veranschaulicht, der gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist.
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Der
elektromagnetische Solenoidbetätiger gemäß der veranschaulichten
Ausführungsform
beinhaltet ein elektromagnetisches Solenoid 2 und einen
positionsbegrenzenden Mechanismus 3. Das elektromagnetische
Solenoid 2 beinhaltet ein zylindrisches Gehäuse 21,
eine in dem Gehäuse 21 angeordnete
elektromagnetische Spule 22, einen in der elektromagnetischen
Spule 22 angeordneten festen Eisenkern 23, einen
beweglichen Eisenkern 24, der koaxial zum festen Eisenkern 23 angeordnet
ist und der einen Endfläche
des festen Eisenkerns 23 gegenüber liegt (linke Endfläche in 1),
eine Betätigungsstange 25,
die in dem beweglichen Eisenkern 24 angebracht ist, und
eine Abdeckung 26, die an einem Ende des zylindrischen
Gehäuses 21 angebracht
ist (linkes Ende in 1).
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Das
zylindrische Gehäuse 21 hat
an seinem einen Ende (linkes Ende in 1), eine
Endwand 211 mit einem Loch 212 in dessen mittlerem
Abschnitt und ist an seinem anderen Ende geöffnet (rechtes Ende in 1).
Die elektromagnetische Spule 22 ist um einen ringförmigen Spulenkörper 27 aus
nichtmagnetischem Material, wie zum Beispiel Kunstharz oder dergleichen,
gewickelt und entlang des Innenumfangs des Gehäuses 21 angebracht. Der
feste Eisenkern 23 besteht aus einem magnetischen Material,
hat einen Flanschabschnitt 231 an seinem anderen Ende (rechtes
Ende in 1) und ist über den Flanschabschnitt 231 an
dem anderen Ende des Gehäuses 21 (rechtes
Ende in 1) befestigt. Der bewegliche
Eisenkern 24 besteht aus einem magnetischen Material und
ist so aufgebaut, dass er mit dem festen Eisenkern 23 in
axialer Richtung in Kontakt gebracht und von ihm weg bewegt wird.
Die Betätigungsstange 25 besteht
aus einem nichtmagnetischen Material, wie zum Beispiel rostfreiem
Stahl oder dergleichen, und weist über einen Abschnitt mit kleinem
Durchmesser 251 an ihrem einen Ende auf (linkes Ende in 1).
Die so aufgebaute Betätigungsstange 25 ist
in dem beweglichen Eisenkern 24 angebracht, wobei ihr Abschnitt
mit dem kleinen Durchmesser 251 in das Loch 241 eingeführt wird,
das im mittleren Abschnitt des beweglichen Eisenkerns 24 ausgebildet
ist, und ihr eines Ende abgedichtet wird. Das andere Ende der Betätigungsstange 25 ist
so angeordnet, dass sie in axialer Richtung gleitet und dabei durch
das Loch 232 im mittleren Abschnitt des festen Eisenkerns 23 dringt. Die
Abdeckung 26 ist an einem Ende des Gehäuses 21 unter Verwendung
von Schrauben 28 befestigt, um ein Ende des Gehäuses 21 und
einen Endabschnitt des beweglichen Eisenkerns 24 abzudecken.
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Als
Nächstes
wird der positionsbegrenzende Mechanismus 3 beschrieben.
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Der
positionsbegrenzende Mechanismus 3 verfügt über ein zylindrisches Gehäuse 31,
das an seinem einen Ende mit dem anderen Ende (rechtes Ende in 1)
des Gehäuses 21 verbunden
ist, aus dem das elektromagnetische Solenoid 2 besteht. Eine
Sperrstange 32 ist so im Gehäuse 31 angebracht,
dass sie in axialer Richtung koaxial zu der Betätigungsstange 25 gleitet,
aus der das elektromagnetische Solenoid 2 besteht. Die
Sperrstange 32 kommt an ihrer einen Endfläche (linke
Endfläche
in 1) mit der anderen Endfläche der Betätigungsstange 25 in
Kontakt und bewirkt, dass ihr anderes Ende (rechtes Ende in 1),
das so angeordnet ist, dass sie in axialer Richtung gleitet, durch
ein Loch 312 in einer Endwand 311 am rechten Ende
des Gehäuses 31 in 1 dringt.
Die Sperrstange 32 kann einteilig mit der Betätigungsstange 25 ausgebildet sein.
Der positionsbegrenzende Mechanismus 3 der veranschaulichten
Ausführungsform
umfasst einen ersten beweglichen Ring 33, einen zweiten
beweglichen Ring 34 und einen dritten beweglichen Ring 35, die
an der Sperrstange 32 so angeordnet sind, dass sie gleiten.
Der erste bewegliche Ring 33 ist durch einen Sprengring 40,
der an einem linken Endabschnitt der Betätigungsstange 32 eingepasst
ist, eingeschränkt,
sich zur linken Seite in 1, d. h. zum beweglichen Eisenkern 24 hin
zu bewegen. Der zweite bewegliche Ring 34 und der dritte
bewegliche Ring 35 sind so an der Sperrstange 32 angeordnet,
dass sie auf der rechten Seite des ersten beweglichen Rings 33 in 1 gleiten,
d. h. auf der dem beweglichen Eisenkern 24 gegenüberliegenden
Seite. Eine erste Druckschraubenfeder 36 ist zwischen dem
ersten beweglichen Ring 33 und dem zweiten beweglichen
Ring 34 angeordnet, und eine zweite Druckschraubenfeder 37 ist
zwischen dem zweiten beweglichen Ring 34 und der Endwand 311 des
Gehäuses 31 angeordnet,
welches ein Befestigungselement ist. Des Weiteren ist eine dritte
Druckschraubenfeder 38 zwischen dem zweiten beweglichen
Ring 34 und dem dritten beweglichen Ring 35 angeordnet,
und eine vierte Druckschraubenfeder 39 ist zwischen dem
dritten beweg lichen Ring 35 und der Endwand 311 des Gehäuses 31 angeordnet.
Die Federkraft der zweiten Druckschraubenfeder 37 ist größer als
die Federkraft der ersten Druckchraubenfeder 36, und die
Federkraft der vierten Druckschraubenfeder 39 ist größer als
die Federkraft der dritten Druckschraubenfeder 38. Daher
wird der erste bewegliche Ring 33 in 1 aufgrund
der Federkräfte
der ersten Druckschraubenfeder 36 und der zweiten Druckschraubenfeder 37 nach
links gestoßen
und wird in ständigen
Kontakt mit dem Sprengring 40 gebracht.
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Obwohl
der positionsbegrenzende Mechanismus 3 der veranschaulichten
Ausführungsform
mit drei beweglichen Ringen versehen ist, kann der erste bewegliche
Ring 33 an der Sperrstange 32 festgestellt werden.
In diesem Fall ist die erste Druckschraubenfeder 36 daher
zwischen dem zweiten beweglichen Ring 34 und der Sperrstange 32 angeordnet.
Die veranschaulichte Ausführungsform
hat sich mit dem positionsbegrenzenden Mechanismus 3 befasst,
der die Sperrstange in vier Betriebspositionen bringen ließ. Um drei
Betriebspositionen zu haben, kann der bewegliche Ring, der sich
an der Sperrstange 32 entlang bewegt, ausschließlich der
zweite bewegliche Ring 34 sein.
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Der
elektromagnetische Solenoidbetätiger der
veranschaulichten Ausführungsform
ist wie oben beschrieben aufgebaut. Nachstehend wird nun seine Funktion
beschrieben.
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Wenn
der elektromagnetischen Spule 22, aus der das elektromagnetische
Solenoid 2 besteht, in dem Fall, in dem kein Strom zugeführt wird,
keine elektrische Energie zugeführt
wird, wird die Sperrstange 32 aufgrund von Federkräften der
ersten Druckschraubenfeder 36 und der zweiten Druckschraubenfeder 37 in 1 nach
links gestoßen,
wobei eine Endfläche
der Sperrstange 32 mit der anderen Endfläche der
Betätigungsstange 25,
aus der das elektromagnetische So lenoid 2 besteht, in Kontakt kommt,
um die Betätigungsstange 25 in
der Zeichnung nach links zu schieben. Im Ergebnis werden die Sperrstange 32,
die Betätigungsstange 25,
aus der das elektromagnetische Solenoid 2 besteht, und
der bewegliche Eisenkern 24 in eine erste Betriebsposition
(P1) gebracht, wie in 1 gezeigt.
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Wenn
eine Spannung von beispielsweise 2 V an die elektromagnetische Spule 22,
aus der das elektromagnetische Solenoid 2 besteht, in dem
in 1 gezeigten Zustand angelegt wird, wird der bewegliche
Eisenkern 24 vom festen Eisenkern 23 angezogen,
wodurch der bewegliche Eisenkern 24 und die Betätigungsstange 25 einen
Stoß nach
rechts in der Zeichnung erzeugen. Im Ergebnis bewegen sich der bewegliche
Eisenkern 24, die Betätigungsstange 25,
die Sperrstange 32 und der erste bewegliche Ring 33 nach
rechts, wie in 2(a) gezeigt, und überwinden
dabei die Federkraft der ersten Druckschraubenfeder 36.
Vorliegend wird der zweite bewegliche Ring 34 nicht verschoben,
da die Federkraft der zweiten Druckschraubenfeder 37 so
eingestellt ist, dass sie größer ist
als die Federkraft der ersten Druckschraubenfeder 36. Der
bewegliche Eisenkern 24, die Betätigungsstange 25,
die Sperrstange 32 und der erste bewegliche Ring 33 kommen
in einer Position zum Stehen, in der der erste bewegliche Ring 33 den
zweiten beweglichen Ring 34 berührt. Dementsprechend werden
der bewegliche Eisenkern 24, die Betätigungsstange 25 und
die Sperrstange 32 in die zweite Betriebsposition (P2)
gebracht, die in 2(a) gezeigt ist.
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Als
Nächstes
erzeugen, wenn eine Spannung von beispielsweise 4 V an die elektromagnetische
Spule 22 angelegt wird, aus der das elektromagnetische
Solenoid 2 besteht, der bewegliche Eisenkern 24 und
die Betätigungsstange 25 einen
größeren Stoß nach rechts.
Im Ergebnis bewegen sich, wie in 2(b) gezeigt,
der bewegliche Eisenkern 24, die Betätigungsstange 25 und
die Sperrstange 32 nach rechts und überwinden dabei die Federkraft
der zweiten Druckschraubenfeder 37 in einem Zustand, in dem
der erste bewegliche Ring 33 den zweiten beweglichen Ring 34 berührt. Der
bewegliche Eisenkern 24, die Betätigungsstange 25 und
die Sperrstange 32 kommen dann in einer Position zum Stehen,
in der der zweite bewegliche Ring 34 den dritten beweglichen
Ring 35 berührt.
Dementsprechend werden der bewegliche Eisenkern 24, die
Betätigungsstange 25 und
die Sperrstange 32 in eine dritte Betriebsposition (P3)
gebracht, wie in 2(b) dargestellt.
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Als
Nächstes
erzeugen, wenn eine Spannung von beispielsweise 8 V an die elektromagnetische
Spule 22 angelegt wird, aus der das elektromagnetische
Solenoid 2 besteht, der bewegliche Eisenkern 24 und
die Betätigungsstange 25 einen
weiteren größeren Stoß nach rechts.
Im Ergebnis bewegen sich, wie in 2(c) gezeigt,
der bewegliche Eisenkern 24, die Betätigungsstange 25 und
die Sperrstange 32 nach rechts und überwinden dabei die Federkraft
der zweiten Druckschraubenfeder 37 und der vierten Druckschraubenfeder 39 in
einem Zustand, in dem der zweite bewegliche Ring 34 den
dritten beweglichen Ring 35 berührt. Der bewegliche Eisenkern 24,
die Betätigungsstange 25 und
die Sperrstange 32 kommen dann in einer Position zum Stehen,
in der der dritte bewegliche Ring 35 die Endwand 311 des
Gehäuses 31 berührt. Dementsprechend
werden der bewegliche Eisenkern 24, die Betätigungsstange 25 und
die Sperrstange 32 in eine vierte Betriebsposition (P4)
gebracht, die in 2(c) gezeigt ist.
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Wie
oben beschrieben, umfasst der elektromagnetische Solenoidbetätiger gemäß der dargestellten
Ausführungsform:
ein elektromagnetisches Solenoid 2, aufgebaut aus einer
elektromagnetischen Spule 22, einem festen Eisenkern 23,
einem beweglichen Eisenkern 24 und einer Betätigungsstange 25;
und einen positionsbegrenzenden Mechanismus 3 zur Begrenzung
der Betätigungsstange 25 auf
mehrere Be triebspositionen in Abhängigkeit von einem Stoß, der von
der Betätigungsstange 25 in Übereinstimmung
mit der der elektromagnetischen Spule 22 zugeführten Menge
an elektrischer Energie erzeugt wird. Dementsprechend kann der elektromagnetische
Solenoidbetätiger
der Ausführungsform
in einer kompakten Größe und zu
geringen Kosten aufgebaut werden.
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Der
elektromagnetische Solenoidbetätiger der
vorliegenden Erfindung, der wie oben beschrieben aufgebaut ist,
zeigt eine Handlungswirkung wie nachfolgend beschrieben.
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Das
heißt,
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein elektromagnetischer Solenoidbetätiger, der
die Betätigungsstange
in mehrere Betriebspositionen bringen lässt, preiswert und in kompakter Größe aufgebaut
sein, da er über
einen positionsbegrenzenden Mechanismus verfügt, um die Betätigungsstange
auf mehrere Betriebspositionen in Abhängigkeit von einem Stoß zu beschränken,, der
von der Betätigungsstange,
aus der das elektromagnetische Solenoid besteht, erzeugt wird, und
zwar in Übereinstimmung
mit der Menge an elektrischer Energie, die der elektromagnetischen
Spule, aus der das elektromagnetische Solenoid besteht, zugeführt wird.