Schaltmagnet

Abstract

 Ein Schaltmagnet (10) mit einer Erregerspule, die eine auf einem Spulenkörper (4) angeordnete Wicklung (3), einen in einer zentralen Durchgangsöffnung (4a) des Spulenkörpers angeordneten Polkern (2) sowie einen in der Durchgangsöffnung (4a) des Spulenkörpers (4) axial verlagerbaren Magnetkolben (5) umfasst, wobei optional eine vom Magnetkolben (5) bewegbare Achse (7) vorgesehen ist, weist zumindest einen in den Schaltmagneten (10) integrierten Kalbenpositionsdetektor (20) auf. Dieser Kolbenpositionsdetektor (20) umfasst bevorzugt zumindest zwei Kontakte und ein Schaltelement, wobei das Schaltelement direkt oder mittelbar durch den Magnetkolben (5) betätigbar ist und bei Betätigung Kontakte öffnet und/oder schließt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schaltmagneten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Es sind Schaltmagneten bekannt, die mit einer Abfrageeinrichtung zur Detektion der Stellung eines Magnetkolbens (Ankers) (z.B. nach den Kriterien ausgefahren - eingefahren) des Schaltmagneten versehen sind. Dies Abfrageeinrichtungen umfassen außerhalb des Schaltmagneten angeordnete Schaltkontakte (z.B. Reed-Kontakte oder Mikroschalter ), die vom Magnetkolben oder einer vom Magnetkolben bewegten Achse betätigt werden.

[0003] Nachteilig an diesen bekannten Schaltmagneten ist ihr großer benötigter Bauraum, die erforderliche Assemblierung mit den externen Schaltkontakten, die zusätzliche Verkabelungsarbeiten erfordert, sowie die Notwendigkeit des Vorsehens von Anschlüssen zur Verbindung mit zusätzlichen Kabeln zur Weiterleitung der von den externen Schaltkontakten gelieferten Signale an Steuervorrichtungen etc.

[0004] Es besteht somit das Bedürfnis nach Bereitstellung eines Schaltmagneten, der solcherart weitergebildet ist, dass die oben angeführten Nachteile des Standes der Technik nicht mehr auftreten.

[0005] Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellen eines Schaltmagneten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schaltmagneten sind in den Unteransprüchen dargelegt.

[0006] Der erfindungsgemäße Schaltmagnet benötigt aufgrund der erfindungsgemäßen Integration der Endlagenabfrage in den Schaltmagneten einen wesentlich kleineren Bauraum als herkömmliche Schaltmagneten mit Ankerstellungsabfrage. Weiters müssen beim erfindungsgemäßen Schaltmagneten keine zusätzlichen Kontakte samt Verkabelung außerhalb des Schaltmagneten montiert werden. Vielmehr kann die Ankerstellungsabfrage durch ein Steuergerät etc. direkt durch Verbinden des Steuergeräts mit Anschlüssen am Schaltmagnet erfolgen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltmagneten besteht darin, dass die Ankerstellungsabfrageeinrichtung geschützt im Schaltmagneten angeordnet ist und daher hervorragende Betriebssicherheit und Langlebigkeit bietet.

[0007] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen verständlich werden.

[0008] Der erfindungsgemäße Schaltmagnet weist zumindest einen in den Schaltmagneten integrierten Kolbenpositionsdetektor auf. Vorzugsweise erfasst der Kolbenpositionsdetektor zumindest zwei unterschiedliche Positionen des Magnetkolbens, so dass mit einem einzigen Kolbenpositionsdetektor und damit mit minimalem Bauteilaufwand beispielsweise die Anfangs- und die Endposition des Magnetkolbens feststellbar ist.

[0009] Um einen optimalen Schutz des Kolbenpositionsdetektors gegenüber Umwelteinflüssen und externen mechanischen Kräften zu erreichen, ist vorgesehen, den Kolbenpositionsdetektor in den Spulenkörper einzubauen und/oder den Kolbenpositionsdetektor zumindest teilweise zwischen dem Spulenkörper und dem Magnetkolben anzuordnen.

[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Kolbenpositionsdetektor zumindest zwei Kontakte und ein Schaltelement, wobei das Schaltelement direkt oder mittelbar durch den Magnetkolben betätigbar ist und bei Betätigung Kontakte öffnet und/oder schließt. In einer besonders einfachen und robusten Ausführungsform der Erfindung ist das Schaltelement am Magnetkolben oder gegebenenfalls an der Achse angeordnet bzw. kann als ein Teil des Magnetkolbens bzw. der Achse ausgebildet sein.

[0011] Das Öffnen und Schließen von Kontakten wird in einer Ausführungsform der Erfindung durch vom Schaltelement ausgelöste mechanische Auslenkung eines Kontaktes hin zu einem anderen Kontakt oder weg von einem anderen Kontakt bewirkt.

[0012] Alternativ oder ergänzend zur mechanischen Kontaktverbindung oder -unterbrechung ist das Schaltelement als ein elektrisch leitfähiges Element ausgebildet, dass bei seiner Betätigung in oder außer elektrisch leitenden Eingriff mit zumindest zwei elektrischen Kontakten gebracht wird. Dabei ist es bei manchen Anwendungsfällen günstig, wenn das elektrisch leitfähige Schaltelement elektrisch isoliert am Magnetkolben oder gegebenenfalls an der Achse angeordnet ist.

[0013] Damit der Kolbenpositionsdetektor eindeutig definierte Stellungen des Magnetkolbens erfassen kann, weist vorzugsweise zumindest ein Kontakt und/oder das Schaltelement durch Formgebung definierte Schaltabschnitte auf. Nur an diesen Schaltabschnitten ist ein in oder außer Eingriff bringen mit einem anderen Kontakt oder dem Schaltelement möglich. Bevorzugt sind die Schaltabschnitte als Vorsprünge, Absätze oder Vertiefungen ausgebildet.

[0014] Es ist weiters bevorzugt, zur Herstellung verlässlicher mechanischer und elektrischer Verbindungen die Kontakte als Kontaktfedern auszubilden.

[0015] Die Kontakte werden hervorragend gegen Umwelteinflüsse geschützt, wenn sie zumindest teilweise im Spulenkörper aufgenommen sind. Demselben Zweck dient es auch die Kontakte in oder an zumindest einem Flansch des Spulenkörpers so zu führen, dass sie radial über diesen Flansch hinausragen.

[0016] Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft und in nicht einschränkender Weise näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltmagneten im Längsschnitt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Spulenkörpers der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltmagneten;

Fig. 3A, Fig. 3B und Fig. 3C eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltmagneten im Längsschnitt, in Vorderansicht und in der Perspektive;

Fig. 4A, Fig. 4B und Fig. 4C eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltmagneten im Längsschnitt, in Vorderansicht und in der Perspektive.

[0017] Elektromagnetische Schaltmagnete (auch Hubmagnete oder elektromagnetische Aktuatoren genannt) werden in vielen Bereichen zur Ausführung von Stell- oder Schaltfunktionen eingesetzt. Dabei ist es oftmals erforderlich, überprüfen zu können, in welcher Stellung sich der Kolben (auch als Anker bezeichnet) des Schaltmagneten momentan befindet. Zumeist werden dabei die möglichen Endpositionen des Kobens abgefragt.

[0018] Anhand von Fig. 1 wird nun eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltmagneten 10 erläutert. Der Schaltmagnet 10 weist ein Gehäuse 1 auf, das als magnetisches Eisenrückschlusselement dient. Im Gehäuse 1 ist eine auf einem Spulenkörper 4 angeordnete Wicklung 3 einer Erregerspule untergebracht. Endflächen des Gehäuses liegen jeweils an einem stirnseitigen Flansch 4b, 4c des Spulenkörpers 4 an. Der Spulenkörper 4 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 4a mit einer Mittenachse auf. An einer Stirnseite des Spulenkörpers 4 ist ein Polkern 2 in der Durchgangsöffnung 4a angeordnet, ragt aber zum Teil über die Durchgangsöffnung 4a hinaus und ist mit seinem herausragenden Ende in eine erste Durchgangsöffnung 1a des Gehäuses 1 eingesetzt. Im Polkern 2 ist eine ringförmige Gleitlagerbuchse 6a eingesetzt, die aus einem gleitfähigen Material besteht oder an ihrer inneren Umfangsfläche mit einer Gleitschicht, z.B. einer PTFE-Schicht, versehen ist. An der dem Polkern 2 entgegengesetzten Stirnfläche des Gehäuses 1 ist eine weitere Durchgangsöffnung 1b ausgebildet, die koaxial mit der Durchgangsöffnung 4a des Spulenkörpers 4 ausgerichtet ist. Eine zweite ringförmige Gleitlagerbuchse 6b sitzt in der Durchgangsöffnung 1b des Gehäuses 1 und erstreckt sich in die Durchgangsöffnung 4a des Spulenkörpers 4. In der zweiten Gleitlagerbuchse 6b ist ein Magnetkolben 5 aus einem weichmagnetischen Material aufgenommen, der sich nach innen über die Gleitlagerbuchse 6b hinaus in die Durchgangsöffnung 4a des Spulenkörpers 4 erstreckt.

[0019] In den Magnetkolben 5 ist koaxial eine Achse 7 (auch als Schubstange bezeichnet) aus einem nichtmagnetischen Material eingesetzt. Diese Achse 7 erstreckt sich durch eine axiale Durchgangsöffnung 2b des Polkerns 2 bzw. durch die erste Gleitlagerbuchse 6a aus dem Schaltmagneten 10 heraus. Eine Schraubenfeder 9 ist in der Durchgangsöffnung 2b des Polkerns 2 um die Achse 7 herum angeordnet. Ein Ende der Schraubenfeder 9 ruht an der Gleitlagerbuchse 6a auf, das andere Ende der Schraubenfeder 9 liegt an dem Magnetkolben 5 an und spannt den Magnetkolben 5 in eine Hubanfangsposition HA (vgl. Fig. 3A) vor, die durch das Anliegen eines auf der Achse 7 oder dem Magnetkolben 5 verschiebefest angeordneten Anschlagelements an einem Widerlager definiert wird.

[0020] Der Magnetkolben 5 ist entlang der Mittenachse des Spulenkörpers 4 verschiebbar (siehe Doppelpfeil A), wobei zwischen dem Magnetkolben 5 und dem Polkern 2 ein Arbeitsluftspalt 8 ausgebildet ist, dessen axiale Länge sich mit der Verschiebung des Magnetkolbens 5 verändert.

[0021] Wenn die Erregerspulen-Wicklung 3 mit Strom beaufschlagt wird, so wird der Magnetkolben 5 aus seiner Hubanfangsposition HA in Richtung des Polkerns 2 bis in eine Hubendposition HE bewegt, die im vorliegenden Beispiel als eine Position definiert ist, in der der Magnetkolben 5 mit seinem konischen Teil am Polkern 2 anliegt. Dämpfungsscheiben 11 dämpfen den Anschlag des Magnetkolbens sowohl an seiner Anfangsposition HA als auch an seiner Endposition HE.

[0022] Um die Stellung des Magnetkolbens 5 detektieren zu können, ist zumindest ein Kolbenpositionsdetektor 20 in den erfindungsgemäßen Schaltmagneten 10 eingebaut. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden mit dem Kolbenpositionsdetektor 20 sowohl das Erreichen der Hubanfangsposition HA als auch das Erreichen der Hubendposition HE detektiert.

[0023] Gemäß der Erfindung ist in den Schaltmagneten 10 ein Kolbenpositionsdetektor 20 integriert, der zumindest eine, bevorzugt aber zumindest zwei unterschiedliche Positionen des Magnetkolbens 5 erfasst. Der Kolbenpositionsdetektor 20 ist in den Spulenkörper 4 eingebaut bzw. können Teile davon zwischen dem Spulenkörper 4 und dem Magnetkolben 5 angeordnet sein. Der Kolbenpositionsdetektor umfasst in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Kontakte 21, 22, 23 und ein Schaltelement 24, das als ringförmiger Steg des Magnetkolbens 5 ausgebildet ist und somit gemeinsam mit dem Magnetkolben 5 bewegt (betätigt) wird und bei Betätigung Kontakte 21, 22 bzw. 22, 23 öffnet und/oder schließt. Alternativ dazu könnte das Schaltelement auch an der Achse 7 angeordnet sein.

[0024] Das Schaltelement 24 ist ein elektrisch leitfähiges Element, dass bei seiner Betätigung in elektrisch leitenden Eingriff mit zwei elektrischen Kontakten gebracht wird, wenn es sich an einer Stelle befindet, in der zumindest ein Kontakt 21, 22 Schaltabschnitte 25, 26, 27 aufweist, die als Vorsprünge ausgebildet sind. Wenn das Schaltelement 24 von diesen Schaltabschnitten 25, 26, 27 wegbewegt wird, so wird die elektrisch leitenden Verbindung zwischen benachbarten Kontakten unterbrochen. Die Kontakte 21, 22, 23 sind als Kontaktfedern ausgebildet, die auf das Schaltelement 24 eine mechanische Vorspannung ausüben, wenn sich das Schaltelement 24 im Bereich der Schaltabschnitte 25, 26, 27 befindet. Außer Vorsprünge können Schaltabschnitte auch Absätze oder Vertiefungen umfassen. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen kann das Schaltelement 24 elektrisch isoliert am Magnetkolben 5 oder gegebenenfalls an der Achse 7 angeordnet sein.

[0025] Als alternative Lösung zur Erstellung oder Lösung einer elektrischen Verbindung zwischen zwei Kontakten wird vorgeschlagen, das Schaltelement so auszubilden, dass es bei seiner Betätigung zumindest einen Kontakt auslenkt und dabei diesen Kontakt in oder außer Eingriff mit dem anderen Kontakt bringt.

[0026] Wie aus Fig. 2 am besten ersichtlich, sind die Kontakte 21, 22, 23 zumindest teilweise im Spulenkörper 4 aufgenommen und sind in einem Flansch 4c des Spulenkörpers 4 so geführt, dass sie radial über diesen Flansch 4c hinausragen und mit einer Verkabelung verbunden werden können. Fig. 1 und Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltmagneten 10 mit so genannten außenliegenden Kontakten, das sind Kontakte, die (auch) an der Außenfläche des zylindrischen Basisabschnitts des Spulenkörpers 4 geführt sind.

[0027] Fig. 4A, Fig. 4B und Fig. 4C zeigen eine Variante eines erfindungsgemäßen Schaltmagneten 10", der sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass er innenliegende Kontakte 41 aufweist, das sind Kontakte, die an der Innenfläche des zylindrischen Basisabschnitts des Spulenkörpers 4 geführt sind. Die übrigen Bauteile des Schaltmagneten 10" entsprechen im Wesentlichen jener des oben beschriebenen Schaltmagneten 10, so dass bezüglich der Beschreibung ihrer Form und Funktion auf die obigen Absätze verwiesen werden kann.

[0028] Fig. 3A, Fig. 3B und Fig. 3C zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltmagneten 10' mit vier Kontakten 31, 32, 33, 34.

Ansprüche

1. Schaltmagnet (10) mit einer Erregerspule, die eine auf einem Spulenkörper (4) angeordnete Wicklung (3), einen in einer zentralen Durchgangsöffnung (4a) des Spulenkörpers angeordneten Polkern (2) sowie einen in der Durchgangsöffnung (4a) des Spulenkörpers (4) axial verlagerbaren Magnetkolben (5) umfasst, wobei optional eine vom Magnetkolben (5) bewegbare Achse (7) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch zumindest einen in den Schaltmagneten (10) integrierten Kolbenpositionsdetektor (20).

2. Schaltmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenpositionsdetektor (20) zumindest zwei unterschiedliche Positionen des Magnetkolbens (5) erfasst.

3. Schaltmagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenpositionsdetektor (20) in den Spulenkörper (4) eingebaut ist.

4. Schaltmagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenpositionsdetektor zumindest teilweise zwischen dem Spulenkörper (4) und dem Magnetkolben (5) angeordnet ist.

5. Schaltmagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenpositionsdetektor (20) zumindest zwei Kontakte (21, 22, 23; 31 - 34; 41) und ein Schaltelement (24) aufweist, wobei das Schaltelement direkt oder mittelbar durch den Magnetkolben (5) betätigbar ist und bei Betätigung Kontakte öffnet und/oder schließt.

6. Schaltmagnet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (24) am Magnetkolben (5) oder gegebenenfalls an der Achse (7) angeordnet ist.

7. Schaltmagnet nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (24) dazu ausgebildet ist, bei seiner Betätigung zumindest einen Kontakt auszulenken und dadurch diesen Kontakt in oder außer Eingriff mit einem weiteren Kontakt zu bringen.

8. Schaltmagnet nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (24) ein elektrisch leitfähiges Element ist, dass bei seiner Betätigung in oder außer elektrisch leitenden Eingriff mit zumindest zwei elektrischen Kontakten (21, 22, 23; 31 - 34; 41) bringbar ist.

9. Schaltmagnet nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (24) elektrisch isoliert am Magnetkolben (5) oder gegebenenfalls an der Achse (7) angeordnet ist.

10. Schaltelement nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kontakt und/oder das Schaltelement durch Formgebung definierte Schaltabschnitte (25, 26, 27) aufweist, wobei nur an diesen Schaltabschnitten ein in oder außer Eingriff bringen mit einem anderen Kontakt oder dem Schaltelement möglich ist, wobei die Schaltabschnitte vorzugsweise als Vorsprünge, Absätze oder Vertiefungen ausgebildet sind.

11. Schaltelement nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (21, 22, 23; 31 - 34; 41) als Kontaktfedern ausgebildet sind.

12. Schaltelement nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (21, 22, 23; 31 - 34; 41) zumindest teilweise im Spulenkörper (4) aufgenommen sind.

13. Schaltelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (21, 22, 23; 31 - 34; 41) in oder an zumindest einem Flansch (4c) des Spulenkörpers so geführt sind, dass sie radial über diesen Flansch (4c) hinausragen.

Zeichnung