Elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen

Abstract

 Ein elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen, das einen umpolbaren Elektromagneten aufweist.
Um Unsicherheiten bei der Bestimmung des genauen Bewegungsweges des Stellelementes auszuräumen und eine definierte Kraft bei hoher Schalthäufigkeit und geringer Erwärmung des Stellelements zu erzeugen, wird vorgeschlagen, daß der Elektromagnet aus einem E-förmigen Magnetjoch (1) besteht, dessen äußere Jochschenkel (4, 5) gleich hoch oder höher als der mittlere Jochschenkel (2) sind und daß zwischen den beiden äußeren Jochschenkeln (4, 5) ein einen Dauermagneten (9) aufweisender Anker (8) hin- und herschaltbar ist, an dem ein Stellelement (13) befestigt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen, das einen umpolbaren Elektromagneten aufweist.

[0002] Derartige elektromechanische Stellglieder bewegen einen Bauteil, wie z.B. einen Hebel, der in einer Baugruppe eine Funktion erfüllt, die darauf aufbaut, durch Überwindung eines festgelegten Bewegungsweges unter Einsatz einer definierten Kraft entgegenwirkende Kräfte aufzuheben und dabei selbst nur eine geringe Verlustwärme zu erzeugen und außerdem trotzdem eine hohe Schalthäufigkeit zu erzielen, um nach Erreichen des Bewegungszieles die ihm zugeordnete Funktion zu erfüllen. Das Stellglied kann also z.B. als Schalter für mechanische und/oder elektrische bzw. elektronische Funktionen dienen.

[0003] Ein elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen, bestehend aus einem umpolbaren Elektromagneten ist aus der DE-OS 35 05 169 (HOlF 7/16) bekannt. Hier ist jedoch nachteilig, daß weder der Stellweg ausreichend genau definiert werden kann noch daß die aufzuwendende Kraft genau bestimmbar ist, noch daß eine hohe Schalthäufigkeit bei geringer Erwärmung des angetriebenen Stellelementes möglich erscheint.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Stellglied zu schaffen mit einem fest bestimmten Bewegungsweg des Stellelements unter Einsatz einer definierten Kraft bei hoher Schalthäufigkeit und geringer Erwärmung des Stellelements.

[0005] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektromagnet aus einem E-förmigen Magnetjoch besteht, dessen äußere Jochschenkel gleich hoch oder höher als der mittlere Jochschenkel sind und daß zwischen den beiden äußeren Jochschenkeln ein aus einem Dauermagneten bestehender Anker hin- und herschaltbar ist, an dem ein Stellelement befestigt ist. Hierdurch wird der Bewegungsweg des Stellelementes fest bestimmt, es findet ein nahezu kraftfreies Schalten statt (d.h. es werden Rückstellfederkräfte vermieden), die beiden Endlagen sind fertigungstechnisch leicht herstellbar und im Betrieb mechanisch stabil. Es ist ferner kein Dauerstrom zum Halten des Ankers in einer Endlage erforderlich. Außerdem findet eine geringe Wärmeentwicklung statt, so daß die Schalthäufigkeit des Stellgliedes erhöht werden kann. Einen besonderen Vorteil bildet jedoch noch die Möglichkeit, elektronisch die Schaltposition zu jedem beliebigen Zeitpunkt "aufzufrischen", um digital eine eindeutige Ausgangslage zu schaffen.

[0006] In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der mittlere Jochschenkel des Magnetjochs gegenüber den beiden äußeren Jochschenkeln zurücksteht. Diese Gestaltung gestattet die Unterbringung des Ankers innerhalb der Kontur des Magnetjochs, so daß eine äußerst kompakte Bauweise entsteht. Ferner wird die Gestaltung einer Führung erleichtert und durch das Herstellverfahren eine besonders genau kontrollierbare Ausnehmung für den Anker geschaffen, die den Hubweg des Ankers mit äußerster Präzision festlegt.

[0007] Eine weitere Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß der Anker den Dauermagneten zentral trägt und den äußeren Jochschenkeln zugewendet jeweils ein magnetisch leitendes Polstück an dem Dauermagneten befestigt ist. Diese Maßnahme gestattet, die Dimension des Dauermagneten mit Bezug auf den mittleren Jochschenkel vorteilhaft zu dimensionieren.

[0008] In diesem Sinne ist vorteilhaft, daß die Breite des Dauermagneten kleiner ist als die Breite des mittleren Jochschenkels. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, Streuflüsse zu vermeiden und damit die magnetischen Flußlinien zu konzentrieren und somit die Magnetkraft zu erhöhen.

[0009] Eine andere Verbesserung sieht vor, daß die Elektromagnetspule auf dem mittleren Jochschenkel angeordnet ist. Diese Maßnahme dient ebenfalls der räumlich günstigen Unterbringung, sowie dem Schutz der Magnetspule und der Kompaktheit des gesamten Stellgliedes.

[0010] Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß der Bewegungshub des Ankers der Abstandsdifferenz der beiden äußeren Jochschenkel abzüglich der Länge des Ankers entspricht. Hier ist vorteilhaft, verlangte Toleranzen für den Bewegungshub einzuhalten, was ausschließlich durch maschinelle Bearbeitung erfolgen kann.

[0011] Schließlich ist vorteilhaft, daß der Bewegungshub des Ankers in die beiden äußeren Jochschenkel eingearbeitet ist. Auch diese Lösung ist fertigungstechnisch günstig und gewärleistet sowohl mechanisch als auch magnetisch vorteilhafte Verhältnisse.

[0012] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch das Stellglied in einer ersten Ausführungsform und

Figur 2 denselben Querschnitt durch das Stellglied in einer zweiten Ausführungsform.

[0013] Das elektromechanische Stellglied weist ein E-förmiges Magnetjoch 1 auf, auf dessen mittlerem Jochschenkel 2 eine Elektromagnetspule 3 angeordnet ist. Die äußeren Jochschenkel 4 und 5 bilden Magnetpole und Anschlagflächen 6 und 7 zugleich. Zwischen diesen Anschlagflächen 6 und 7 befindet sich ein Anker 8. Der Anker 8 besteht aus einem Dauermagneten 9, der beidseitig den Anschlagflächen 6 und 7 zugewendet Polstücke 10 und 11 trägt. Die Breite des Dauermagneten 9 ist bewußt kleiner gehalten als die Breite des mittleren Jochschenkels 2, wodurch sich eine Erhöhung der Schaltkräfte erzielen läßt.

[0014] Es ist auch möglich, die Anschlagflächen 6 und 7 besonders auszubilden, d.h. die Jochschenkel 2, 4 und 5 gleich hoch auszubilden und dann jeweils eine seitliche Begrenzung für den Anker 8 anzuordnen. Diese Ausbildung eignet sich für einen Bewegungshub 12 von bis zu mehreren Millimetern.

[0015] Das elektromechanische Stellglied ist z.B. für die Schaltbewegung eines Stellelementes 13 (z.B. Element eines Schalters) ausgebildet. Seine Funktionen ergeben sich aus den Schaltzuständen der Elektromagnetspule 3. Die Polung des Dauermagneten 9 ist unveränderlich und kann auch durch die Elektromagnetspule 3 nicht verändert werden.

[0016] Die Elektromagnetspule 3 auf dem mittleren Jochschenkel 2 erzeugt beim Anlegen eines Gleichstroms an die Kontakte 14 und 15 immer dieselbe magnetische Polung. Diese magnetische Polung des mittleren Jochschenkels 2 ist den äußeren Jochschenkeln 4 und 5 stets entgegengesetzt gerichtet. Dabei ist die Polung grundsätzlich abhängig von der Stromrichtung und dem Wicklungssinn der Elektromagnetspule 3.

[0017] In den einzelnen Schaltzuständen ergeben sich folgende Funktionen:

A) Die Elektromagnetspule 3 ist nicht bestromt:
Dann wird durch den Dauermagneten 9 der Anker 8 auf den am nächsten liegenden Pol eines Jochschenkels 4 oder 5 gezogen. Der Anker 8 wird durch die magnetischen Kräfte auf dem betreffenden Pol gehalten und der betreffende Magnetkreis äußerer Jochschenkel 4 / Figur 1 / mittlerer Jochschenkel 2 / Dauermagnet 9 ist geschlossen. Gegenüberliegend entsteht ein Luftspalt entsprechend dem Bewegungshub 12.

B) Die Elektromagnetspule 3 wird (kurzzeitig) bestromt:
Die Bestromungspolarität kann der Art sein, daß an dem geschlossenen Pol SN (Figur 1) angezogen wird. In diesem Fall findet keine Verschiebung des Ankers 8 statt. Jedoch wird hierbei die Anker-Position elektronisch bestätigt.
Bei entgegengesetzter Bestromung schließt sich der Bewegungshub 12 und der Pol SN öffnet sich um den Bewegungshub 12. Bei allen Vorgängen bildet die Stirnseite 16 des mittleren Jochschenkels 2 eine gewisse Führung, die durch eine seitliche Führung 17 (Figur 2) ergänzt werden kann.
Bei entgegengesetzter Bestromung bewegt sich der Anker 8 außerdem in Richtung des Jochschenkels 5 und wird an diesem durch die Kräfte des Dauermagneten 9 festgehalten. Die Umkehr der Stromrichtung setzt den Anker 8 selbstverständlich wieder in Gegenrichtung in Bewegung. Die Bestromungszeit ist hierbei geringer als die Bewegungszeit anzusetzen. Nach der Bestromung hält der Dauermagnet 9 den Anker 8 in der jeweiligen Endlage fest.

Ansprüche

1. Elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen, das einen umpolbaren Elektromagneten aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromagnet aus einem E-förmigen Magnetjoch (1) besteht, dessen äußere Jochschenkel (4, 5) gleich hoch oder höher als der mittlere Jochschenkel (2) sind und daß zwischen den beiden äußeren Jochschenkeln (4, 5) ein einen Dauermagneten (9) aufweisender Anker (8) hin- und herschaltbar ist, an dem ein Stellelement (13) befestigt ist.

2. Elektromechanisches Stellglied nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittlere Jochschenkel (2) des Magnetjochs (1) gegenüber den beiden äußeren Jochschenkeln (4, 5) zurücksteht.

3. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anker (8) den Dauermagneten (9) zentral trägt und den äußeren Jochschenkeln (4, 5) zugewendet jeweils ein magnetisch leitendes Polstück (10, 11) an dem Dauermagneten (9) befestigt ist.

4. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite des Dauermagneten (9) kleiner ist als die Breite des mittleren Jochschenkels (2).

5. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daS die Elektromagnetspule (3) auf dem mittleren Jochschenkel (2) angeordnet ist.

6. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daS der Bewegungshub (12) des Ankers (8) der Abstandsdifferenz der beiden äußeren Jochschenkel (4, 5) abzüglich der Länge des Ankers (8) entspricht.

7. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bewegungshub (12) des Ankers (8) in die beiden äußeren Jochschenkel (4, 5) eingearbeitet ist.

Zeichnung