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(11) | EP 3 566 240 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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BISTABILER HUBMAGNET BISTABLE HOISTING SOLENOID AIMANT DE LEVAGE BISTABLE |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen bistabilen Hubmagneten, welcher eine erste und eine zweite Hubendlage aufweist.
[0002] Aus der WO 2015/058742A2 ist ein bistabiler Hubmagnet bekannt, welcher einen Stator, einen oder mehrere Anker, mindestens eine Spule, mindestens einen Permanentmagneten und ein Federsystem mit einer ersten Feder, welche in der ersten Hubendlage auf den oder die Anker eine Kraft in Richtung auf eine Hubendlage ausübt, sowie mit einer zweiten Feder, welche in der zweiten Hubendlage auf den oder die Anker eine Kraft in Richtung auf eine Hubmittellage ausübt, wobei der oder die Anker im stromlosen Fall in beiden Endlagen entgegen der Federkraft permanentmagnetisch gehalten werden. Das Federsystem erlaubt einen besonders effizienten Betrieb des Hubmagneten.
[0003] Druckschriften DE 10 2014 117702 A1 und US 2004/113731 A1 zeigen bistabile Hubmagnete gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
[0004] Weitere bistabile Hubmagnete mit Federsystemen sind aus den Druckschriften US 2006/231050A1 und US 4829947A bekannt.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten bistabilen Hubmagneten zur Verfügung zu stellen.
[0006] Diese Aufgabe wird unter anderen in einem ersten Aspekt durch einen bistabilen Hubmagneten gemäß Anspruch 1 gelöst.
[0007] Die vorliegende Erfindung umfasst einen bistabilen Hubmagneten, welcher eine erste und eine zweite Hubendlage aufweist. Der Hubmagnet umfasst einen Stator, einen oder mehrere Anker, mindestens eine Spule, mindestens einen Permanentmagneten und ein Federsystem mit einer ersten Feder, welche in der ersten Hubendlage auf den oder die Anker eine Kraft in Richtung auf eine Hubmittellage ausübt, sowie mit einer zweiten Feder, welche in der zweiten Hubendlage auf den oder die Anker eine Kraft in Richtung auf eine Hubmittellage ausübt, wobei der oder die Anker im stromlosen Fall in beiden Hubendlagen entgegen der Federkraft permanentmagnetisch gehalten werden. Erfindungsgemäß ist gemäß dem ersten Aspekt vorgesehen, dass die erste und die zweite Feder unterschiedlich lange Federwege aufweisen und/oder in der jeweiligen Hubendlage unterschiedlich große Kräfte auf den oder die Anker ausüben und/oder unterschiedlich große Federraten aufweisen. Durch die unterschiedlichen Federn ergeben sich vielfältige konstruktive Vorteile.
[0008] Bspw. kann der Hubmagnet so ausgestaltet werden, dass er aus einer der beiden Hubendlagen mit größerer Kraft und/oder größerer Beschleunigung in Richtung Hubmittellage bewegt wird als aus der anderen Hubendlage. Dies ist in vielen Anwendungen von Vorteil.
[0009] Erfindungsgemäß ist der Federweg der ersten Feder größer als der Federweg der zweiten Feder und die zweite Feder übt in der zweiten Hubendlage eine größere Kraft auf den oder die Anker aus als die erste Feder in der ersten Hubendlage auf den oder die Anker ausübt.
[0010] Alternativ oder zusätzlich ist erfindungsgemäß der Federweg der ersten Feder größer als der Federweg der zweiten Feder und die Federrate der zweiten Feder in der zweiten Hubendlage größer als die Federrate der ersten Feder in der ersten Hubendlage.
[0011] In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Federweg der ersten Feder zwischen dem 2-fachen und dem 100-fachen des Federweges der zweiten Feder, bevorzugt zwischen dem 4-fachen und dem 20-fachen.
[0012] In einer weiteren möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Kraft, welche die zweite Feder in der zweiten Hubendlage auf den oder die Anker ausübt, zwischen dem 1,5-fachen und dem 100-fachen der Kraft, welche die erste Feder in der ersten Hubendlage auf den oder die Anker ausübt, bevorzugt zwischen dem 3-fachen und dem 15-fachen.
[0013] In einer weiteren möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Federrate der zweiten Feder in der zweiten Hubendlage zwischen dem 2-fachen und dem 1000-fachen der Federrate der ersten Feder in der ersten Hubendlage, bevorzugt zwischen dem 10-fachen und dem 500-fachen, weiter bevorzugt zwischen dem 20-fachen und dem 100-fachen.
[0014] Die beiden Federn können eine über den Federweg konstante Federrate aufweisen, oder eine über den Federweg asymmetrische Federrate.
[0015] Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugt mindestens eine der Federn und bevorzugt die zweite Feder über einen Teil des Hubweges keine Kraft zwischen dem Anker und dem Stator und/oder steht über einen Teil des Hubweges nicht mit dem Anker und/oder dem Stator in Kontakt.
[0016] Bevorzugt ist in diesem Fall eine Rückhaltesicherung vorgesehen, welche die Feder über diesen Teil des Hubweges in einer vorgegebenen Position sichert und dabei bevorzugt in vorgespanntem Zustand hält.
[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform weist der bistabile Hubmagnet eine asymmetrische Kennlinie auf. Insbesondere unterschiedet sich bei gleicher Bestromung der Spulen die Bewegung von der ersten Hubendlage in die zweite Hubendlage, insbesondere im Hinblick auf den Verlauf der Kraft und/oder Geschwindigkeit des Hubmagneten.
[0018] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die magnetische Haltekraft des Hubmagneten in einer der beiden Hubendlagen kleiner als in der anderen Hubendlage ist. Insbesondere kann die magnetische Haltekraft des Hubmagneten in einer der beiden Hubendlagen um mindestens 20% kleiner, weiter bevorzugt um mindestens 30% kleiner als in der anderen Hubendlage sein.
[0019] Bevorzugt ist die magnetische Haltekraft in der ersten Hubendlage kleiner als in der zweiten Hubendlage.
[0020] Alternativ oder zusätzlich kann die magnetische Haltekraft in einer der Hubendlagen mindestens 20% der magnetischen Haltekraft in der anderen Hubendlage betragen, bevorzugt mindestens 30%.
[0021] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stator und der oder die Anker in einer der Hubendlagen und bevorzugt in der ersten Hubendlage eine geometrische Kennlinienbeeinflussung aufweisen, insbesondere einen nicht in einer Ebene senkrecht zur Achse des Hubmagneten verlaufenden Arbeits-Luftspalt, insbesondere einen konisch verlaufenden Arbeits-Luftspalt.
[0022] Bevorzugt weisen der Stator und der oder die Anker in der anderen Hubendlage und bevorzugt in der zweiten Hubendlage eine schwächere oder keine geometrische Kennlinienbeeinflussung auf.
[0023] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Differenz zwischen dem Betrag der magnetischen Haltekraft und dem Betrag der Kraft, welche die jeweilige Feder aufbringt, in den beiden Hubendlagen um maximal 50% des größeren Wertes unterscheidet.
[0024] Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist Hubmagnet im unbestromten Fall eine Raststelle in einer Position zwischen den beiden Hubendlagen auf. Hierbei handelt es sich um eine dritte, im unbestromten Fall stabile Hublage des Hubmagneten.
[0025] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Raststelle gegenüber der Mitte des Hubweges versetzt ist, wobei die Raststelle bevorzugt zwischen einer der Hubendlagen, insbesondere der zweiten Hubendlage und der Mitte des Hubweges angeordnet ist.
[0026] Bevorzugt beträgt der Abstand zwischen der Raststelle und der Mitte des Hubweges mehr als 5 % des Hubweges, weiter bevorzugt mehr als 10 %, weiter bevorzugt mehr als 20%.
[0027] Alternativ oder zusätzlich beträgt der Abstand zwischen der Raststelle und der einen Hubendlage, zu welcher sie den kleineren Abstand hat, insbesondere zur zweiten Hubendlage, mehr als 2 % des Hubweges, weiter bevorzugt mehr als 5 %, weiter bevorzugt mehr als 10 %.
[0028] Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich die in den beiden Hubendlagen im Hubmagneten gespeicherte potentielle Energie ausschließlich der elektrischen Energie und im unbestromten Fall um nicht um mehr als 50% des größeren Wertes voneinander, bevorzugt um nicht mehr als 25%. Hierdurch wird ein besonders energiesparender Betrieb des Hubmagneten möglich.
[0029] Im Folgenden werden einige konstruktive Merkmale des Hubmagneten beschrieben, welche sowohl einzeln, als auch in Kombination verwirklicht sein können:
In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Spule und der mindestens eine Permamentmagent am Stator angeordnet sind.
[0030] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stator ein Gehäuse bildet, welches den oder die Anker umgibt, wobei bevorzugt ein Anker vorgesehen ist, welcher im Inneren des Stators auf einer Führungsstange angeordnet ist, wobei die Führungsstange bevorzugt beweglich am Stator gelagert ist.
[0031] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Federsystem innerhalb des Stators angeordnet ist, wobei die erste Feder bevorzugt zwischen dem ersten Stirnabschnitt und einer ersten Seite des Ankers und die zweite Feder zwischen einem zweiten Stirnabschnitt und einer zweiten Seite des Ankers angeordnet ist, und/oder wobei die erste und die zweite Feder als Spiraldruckfedern ausgeführt sind, welche die Führungsstange des Ankers umfassen.
[0032] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stator eine weichmagnetische Hülse und einen ersten und zweiten weichmagnetischen Stirnabschnitt aufweist, welche ein Gehäuse bilden, in welchem der Anker verschieblich angeordnet ist.
[0033] In einer möglichen Ausführungsform kann zwischen dem Anker und dem ersten Stirnabschnitt mindestens ein erster Arbeitsluftspalt und zwischen dem Anker und dem zweiten Stirnabschnitt mindestens ein zweiter Arbeitsluftspalt vorgesehen sein.
[0034] Bevorzugt sind am Stator mindestens ein Permanentmagnet und mindestens eine erste und eine zweite Spule angeordnet sind, wobei der Anker in der ersten Hubendlage mit der Hülse und dem ersten Stirnabschnitt einen ersten magnetischen Teilkreis bildet, welcher zumindest die erste Spule umgibt, während der oder die Arbeitsluftspalte mit dem zweiten Stirnabschnitt maximal geöffnet sind, und wobei der Anker in der zweiten Hubendlage mit der Hülse und dem zweiten Stirnabschnitt einen zweiten magnetischen Teilkreis bildet, welcher zumindest die zweite Spule umgibt, während der oder die Arbeitsluftspalte mit dem ersten Stirnabschnitt maximal geöffnet sind.
[0035] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Permanentmagnet in axialer Richtung zwischen der ersten und der zweiten Spule angeordnet ist und jeweils einen Teil des ersten und des zweiten magnetischen Teilkreises bildet, wobei der Permanentmagnet so angeordnet ist, dass er sowohl in der ersten als auch in der zweiten Hubendlage in axialer Richtung mit dem Anker überlappt und diesen bevorzugt umgibt, wobei der Permanentmagnet bevorzugt magnetisch unmittelbar an den Anker koppelt. Es sind jedoch andere Anordnungen des Permanentmagneten oder der Permanentmagneten möglich.
[0036] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Stator eine weichmagnetische Hülse und einen ersten und zweiten weichmagnetischen Stirnabschnitt auf, welche ein Gehäuse bilden, in welchem der Anker verschieblich angeordnet ist, wobei zwischen dem Anker und dem ersten Stirnabschnitt mindestens ein erster Arbeitsluftspalt und zwischen dem Anker und dem zweiten Stirnabschnitt mindestens ein zweiter Arbeitsluftspalt vorgesehen ist. Am Stator sind mindestens ein Permanentmagnet und mindestens eine erste und eine zweite Spule angeordnet, wobei der Anker in der ersten Hubendlage mit der Hülse und dem ersten Stirnabschnitt einen ersten magnetischen Teilkreis bildet, welcher zumindest die erste Spule umgibt, während der oder die Arbeitsluftspalte mit dem zweiten Stirnabschnitt maximal geöffnet sind, und wobei der Anker in der zweiten Hubendlage mit der Hülse und dem zweiten Stirnabschnitt einen zweiten magnetischen Teilkreis bildet, welcher zumindest die zweite Spule umgibt, während der oder die Arbeitsluftspalte mit dem ersten Stirnabschnitt maximal geöffnet sind. Der Hubmagnet gemäß dem zweiten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster und ein zweiter Permanentmagnet vorgesehen sind, wobei die erste und die zweite Spule in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Permanentmagneten angeordnet sind, wobei der erste Permanentmagnet die Hülse und den ersten Stirnabschnitt und der zweite Permanentmagnet die Hülse und den zweiten Stirnabschnitt unter eine magnetische Spannung setzen.
[0037] Hierdurch kann die Baulänge gegenüber anderen konstruktiven Ausgestaltungen verringert werden.
[0038] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Teilmagnetkreis den ersten Permanentmagneten und der zweite Teilmagnetkreis den zweiten Permanentmagneten umfasst.
[0039] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Anker die Hülse und den ersten Stirnabschnitt in der ersten Hubendlage magnetisch kurzschließt und der Anker die Hülse und den zweiten Stirnabschnitt in der zweiten Hubendlage magnetisch kurzschließt.
[0040] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hülse zwischen den beiden Spulen einen Magnetkreisabschnitt aufweist, welcher sowohl in der ersten als auch in der zweiten Hubendlage in axialer Richtung mit dem Anker überlappt und diesen bevorzugt umgibt, wobei der Magnetkreisabschnitt bevorzugt magnetisch unmittelbar an den Anker koppelt.
[0041] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Spule zumindest teilweise zwischen der Hülse und dem Bewegungsbereich des Ankers und/oder in einer Innennut und/oder Aussparung der Hülse angeordnet sind.
[0042] Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und/oder zweite Stirnabschnitt einen Befestigungsbereich aufweisen, welcher sich in radialer Richtung über den ersten bzw. zweiten Permanentmagneten hinweg erstreckt und an der Hülse befestigt ist. Hierdurch wird die Montage erheblich vereinfacht.
[0043] Bevorzugt ist der Befestigungsbereich durch den ersten bzw. zweiten Permanentmagneten magnetisch gesättigt.
[0044] In einer möglichen Ausführungsform ist der Befestigungsbereich plattenförmig, insbesondere ringplattenförmig ausgestaltet, und/oder weist Aussparungen auf.
[0045] In einer möglichen Ausführungsform weist der Befestigungsbereich nach außen hin weniger Material aufweist und wird insbesondere dünner.
[0046] Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Steuerung für einen erfindungsgemäßen Hubmagneten mit einem oder mehreren elektrischen Energiespeichern, insbesondere Kondensatoren, und mit einer Steuerung, welche mit Hilfe von Schaltern, insbesondere Halbleiterschaltern, den oder die Energiespeicher über die mindestens eine Spule des Hubmagneten so entlädt, dass der Hubmagnet von einer Hubendlage in die andere Hubendlage bewegt wird. Hierdurch können bei relativ geringer Stromaufnahme dennoch hohe Stellkräfte und/oder Beschleunigungen erreicht werden.
[0047] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung eine Unterbrechung und/oder ein Abschalten einer Spannungsversorgung erkennt und in Reaktion hierauf den Hubmagneten bewegt, insbesondere von der ersten in die zweite Hubendlage bewegt, wobei bevorzugt das Abfallen der Versorgungsspannung mittels einer Flankenerkennung erkannt wird. Hierdurch kann ein mit dieser Steuerung ausgestatteter Hubmagnet anstelle eines monostabilen Hubmagneten oder eines monostabilen Pneumatikantriebs eingesetzt werden.
[0048] In einer möglichen Ausführungsform ist die Steuerung so ausgestaltet, dass auf ein Zuschalten der Versorgungsspannung hin der oder die elektrischen Energiespeicher, vorzugsweise Kondensatoren, aufgeladen werden, und dass das Erreichen einer bestimmten Schwellspannung am elektrischen Energiespeicher von der Steuerung erkannt wird, woraufhin selbige den oder die Energiespeicher über den bistabilen Hubmagneten so entlädt, dass dieser sich in die umgekehrte Richtung bewegt, insbesondere in die erste Hubendlage bewegt.
[0049] In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der bistabile Hubmagnet über eine Vollbrücke, insbesondere eine MOSFET-Vollbrücke angesteuert wird.
[0050] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltung zwei weitere Halbleiterschalter auf, über welche ein erster und einer zweiter Energiespeicher in einem ersten Schaltzustand parallel geschaltet und in einem zweiten Schaltzustand separat entladen werden können.
[0051] Weiterhin kann die Steuerung Mittel zur Positionserfassung des Stoppers umfassen, wobei die Steuerung bevorzugt einen Mikrocontroller aufweist, welcher mit den Mitteln zur Positionserfassung verbunden ist und die mittels der Mittel zur Positionserfassung gewonnene Lageinformation beim Ansteuern des bistabilen Hubmagneten berücksichtigt.
[0052] Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt weist die Steuerung mindestens einem ersten und einem zweiten elektrischem Energiespeicher auf, wobei der erste Energiespeicher in Serie über zwei Spulen des Hubmagneten entladbar ist, und wobei der zweite Energiespeicher über nur eine der zwei Spulen des Hubmagneten entladbar ist.
[0053] In einer möglichen Ausführungsform ist der zweite Energiespeicher wahlweise über eine der beiden Spulen entladbar. Insbesondere kann die Entladung dabei je nach Bewegungsrichtung über die erste oder die zweite Spule erfolgen.
[0054] Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Energiespeicher wahlweise auch in Serie über die zwei Spulen des Hubmagneten entladbar sein. Insbesondere kann die Entladung dabei je nach Bewegungsrichtung über eine der beiden Spulen oder in Serie über die zwei Spulen erfolgen.
[0055] Insbesondere ist die Steuerung so ausgestaltet ist, dass zur Ansteuerung einer ersten Bewegungsrichtung des Hubmagneten, insbesondere von der ersten in die zweite Hubendlage, beide Energiespeicher in Serie über zwei Spulen des Hubmagneten entladen werden, und zur Ansteuerung einer zweiten Bewegungsrichtung des Hubmagneten, insbesondere von der zweiten in die erste Hubendlage, der erste Energiespeicher in Serie über die zwei Spulen und der zweite Energiespeicher über nur eine der zwei Spulen, insbesondere über die erste Spule, entladen wird.
[0056] Besonders bevorzugt erfolgt die Entladung des zweiten Energiespeichers mit einer zeitlichen Verzögerung zur Entladung des ersten Energiespeichers, wobei das Entladen des zweiten Energiespeichers bevorzugt noch vor Eintreten des Stellvorgangs einsetzt.
[0057] Bevorzugt wird die Steuerung mit einem Hubmagneten eingesetzt, welcher zwei Spulen aufweist, welche in Serie geschaltet sind und bevorzugt eine Mittelanzapfung aufweisen.
[0058] Insbesondere erfolgt die Ansteuerung so, dass entlang einer ersten Bewegungsrichtung, insbesondere einer Bewegungsrichtung von der ersten in die zweite Hubendlage, beide Energiespeicher über die in Reihe geschalteten Spulen entladen werden, während bei der umgekehrten Bewegungsrichtung, insbesondere einer Bewegung von der zweiten in die erste Hubendlage, zunächst der erste Energiespeicher über die in Reihe geschalteten Spulen entladen wird, und mit einer zeitlichen Verzögerung der zweite Energiespeicher über die Mittelanzapfung beider Spulen entladen wird, wobei das Entladen des zweiten Energiespeichers bevorzugt noch vor Eintreten des Stellvorgangs einsetzt.
[0059] Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher beschrieben.
[0060] Dabei zeigen:
- Fig. 1:
- ein Ausführungsbeispiel eines bistabilen Hubmagneten, bei welchem der mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung in Kombination verwirklicht sind, in drei Ansichten von außen,
- Fig. 2:
- das Ausführungsbeispiel des bistabilen Hubmagneten in einer Schnittansicht,
- Fig. 3:
- ein erstes Ausführungsbeispiel einer Steuerung gemäß dem dritten Aspekt zur Ansteuerung eines bistabilen Hubmagneten und
- Fig. 4:
- ein zweites Ausführungsbeispiel einer Steuerung gemäß dem dritten Aspekt zur Ansteuerung eines bistabilen Hubmagneten.
[0061] Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines bistabilen Hubmagneten, bei welchen eine Mehrzahl von Aspekten der vorliegenden Erfindung in Kombination verwirklicht sind. Die anhand des Ausführungsbeispiels in Kombination beschriebenen Merkmale gemäß der einzelnen Aspekte können jedoch auch jeweils für sich genommen erfindungsgemäß eingesetzt werden.
[0062] Der bistabile Hubmagnet gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Stator und einen gegenüber dem Stator axial verschieblichen Anker 40 auf. Stator und Anker bestehen aus einem weichmagnetischen Material.
[0063] Im Ausführungsbeispiel umfasst der Stator eine weichmagnetische Hülse 15 und zwei weichmagnetische Stirnabschnitte 20 und 30, welche ein Gehäuse bilden, in welchem der Anker 40 verschieblich angeordnet ist. Die Stirnabschnitte weisen im Ausführungsbeispiel jeweils einen Bereich auf, welcher in der Hülse 15 angeordnet ist, insbesondere einen im wesentlichen zylinderförmigen Bereich.
[0064] Im Ausführungsbeispiel wird der Anker 40 von einer Achse 50 getragen, welche über Lager 60 an den Stirnabschnitten 20 und 30 des Stators axialverschieblich gelagert ist. Durch eine Bewegung des Ankers 40 wird dementsprechend die Achse 50 bewegt. Im Ausführungsbeispiel weist die Achse 50 zumindest eine zweite Seite mit einen Verbindungsbereich 55 auf, mit welchem sie mit einem durch den Hubmagneten zu bewegenden Element verbunden werden kann. Zwischen dem Anker 40 und den Stirnabschnitten 20 und 30 befinden sich die Arbeitsluftspalte des Hubmagneten.
[0065] In Fig. 1 ist der Hubmagnet oben in einer zweiten Hubendlage gezeigt, in welcher die zweite Seite der Achse 50 mit dem Verbindungsbereich 55 ganz ausgefahren ist, und darunter in einer ersten Hubendlage, in welcher die zweite Seite der Achse 50 mit dem Verbindungsbereich 55 komplett eingefahren und dafür die Achse auf der gegenüberliegenden ersten Seite komplett ausgefahren ist.
[0066] Der Hubmagnet weist im Ausführungsbeispiel Bohrungen 22 auf, insbesondere Gewindebohrungen, durch welche er montiert werden kann.
[0067] Alternative konstruktive Ausgestaltungen des Stators, des Ankers sowie der Achse sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls denkbar.
[0068] Der Aufbau des Hubmagneten ist in der Schnittansicht in Fig. 2 gezeigt. Der bistabile Hubmagnet weist ein Federsystem mit einer ersten Feder F1 auf, welche in einer ersten Hubendlage auf den Anker 40 eine Kraft in Richtung auf die Hubmittellage ausübt, sowie eine zweite Feder F2, welche in der in Fig. 2 dargestellten zweiten Hubendlage eine Kraft auf den Anker 40 in Richtung auf die Hubmittellage ausübt.
[0069] Im Ausführungsbeispiel sind die beiden Federn jeweils innerhalb des durch den Stator gebildeten Gehäuses zwischen einem der Stirnabschnitte 20 bzw. 30 und dem Anker 40 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um Spiralfedern, welche die Achse 50 umgeben. Im Anker 40 sind Ringnuten 42 bzw. 43 vorgesehen, welche in den jeweiligen Endlagen zumindest einen Teil der jeweiligen Feder aufnehmen. Entsprechende Ringnuten können auch in den Stirnabschnitten 20 und 30 vorgesehen sein.
[0070] Weiterhin ist mindestens ein Permanentmagnet PM1 und PM2 vorgesehen, welcher im unbestromten Zustand der Spulen den Anker 40 entgegen der Kraft der jeweiligen Feder in der jeweiligen Hubendlage hält. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Permanentmagnete PM1 und PM2 vorgesehen, welche den jeweiligen Hubendlagen zugeordnet sind. Anstelle zweier Permanentmagnete könnte auch nur ein einzelner Permanentmagnet eingesetzt werden.
[0071] Weiterhin sind Spulen L1 und L2 vorgesehen, durch deren Bestromung der Anker von einer Hubendlage in die andere Hubendlage verfahren werden kann. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Spulen L1 und L2 vorgesehen, deren Wicklungen im Bereich 17 jeweils separat aus dem Gehäuse geführt sind. Alternativ könnten die Spulen auch innerhalb des Gehäuses in Reihe geschaltet sein und bevorzugt einen Mittelabgriff aufweisen.
[0072] Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden unterschiedliche Federn F1 und F2 eingesetzt. Im Ausführungsbeispiel weisen die erste und die zweite Feder zum einen unterschiedlich lange Federwege auf. Insbesondere ist der Federweg der ersten Feder F1 größer als der Federweg der zweiten Feder F2. Weiterhin üben die beiden Federn in der jeweiligen Hubendlage unterschiedlich große Kräfte auf den Anker aus. Insbesondere übt die erste Feder F1 in der ersten Hubendlage, in welche der Anker 40 in Anschlag mit dem ersten Stirnabschnitt 20 steht, eine kleinere Kraft auf den Anker 40 aus, als dies die zweite Feder F2 in der zweiten, in Fig. 2 gezeigten Hubendlage tut, in welcher der Anker 40 in Anschlag mit dem zweiten Stirnabschnitt 30 steht. Weiterhin weist die erste Feder F1 im Ausführungsbeispiel eine kleinere Federrate auf als die zweite Feder F2.
[0073] Weiterhin übt die zweite Feder aufgrund des kleineren Federwegs nur über einen Teil des Hubweges eine Kraft auf den Anker 40 aus. Bevorzugt ist eine in Fig. 2 nicht eingezeichnete Rückhaltesicherung vorgesehen, welche die zweite Feder F2 über den Teil des Hubweges, in welchem diese keine Kraft zwischen dem Anker und dem Stator erzeugt, in einer vorgegebenen Position sichert und diese in einem vorgespannten Zustand hält. Dies erhöht die Lebensdauer des Hubmagneten.
[0074] Im konkreten Ausführungsbeispiel weist der Hubmagnet einen Hubweg von 15mm auf. Die erste Feder weist einen Federweg auf, welche dem Hubweg entspricht. Die zweite Feder F2 weist dagegen lediglich einen Federweg von 2mm auf. Die erste Feder übt in der ersten Hubendlage eine Kraft von ca. 60 N auf den Anker auf und weist eine Federrate von ca. 3,5 N/mm auf. Die zweite Feder übt in der zweiten Hubendlage eine Kraft von ca. 350 N auf den Anker auf und weist eine Federrate von ca. 170 N/mm auf. Beide Federn sind bei Erreichen ihres maximalen Federwegs vorgespannt.
[0075] Durch die unterschiedlichen Federn F1 und F2 können im Ausführungsbeispiel eine Reihe von Vorteilen erzieht werden. Die starke Feder F2 sorgt für eine hohe Beschleunigung des Ankers bei einer Bewegung aus der zweiten Hubendlage in Richtung auf die Hubmittellage. Die erste Feder F1 mit dem langen Federweg erlaubt dagegen eine entsprechend lange Ausgestaltung des Hubweges.
[0076] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Hubmagnet im unbestromten Fall eine asymmetrisch angeordnete Raststelle auf. Diese Raststelle stellt eine dritte stabile Hublage des bistabilen Hubmagneten im unbestromten Fall dar, welche zwischen der ersten und der zweiten Hubendlage angeordnet ist. Diese Raststelle, in welcher sich die von den Federn und Permanentmagneten auf den Anker 40 ausgeübten entgegengesetzten Kräfte aufheben, ist asymmetrisch, d.h. gegenüber der Mitte des Hubweges versetzt angeordnet.
[0077] Dies hat den Vorteil, dass der Hubmagnet mit nur sehr wenig Energie in eine weitgehend aus- oder eingefahrene Stellung gebracht werden kann, indem er von der Hubendlage, welche weiter von der Raststelle entfernt ist, in die Raststelle verfahren wird. Eine solche asymmetrische Raststelle, welche mit nur geringem Energieeinsatz angefahren werden kann, stellt in vielen Anwendungen eine wichtige Sicherungsfunktion dar.
[0078] Im Ausführungsbeispiel wird die asymmetrische Raststelle hauptsächlich durch die unterschiedlichen Federn gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erreicht, insbesondere durch die unterschiedlich langen Federwege und/oder die unterschiedlich großen Kräfte und/oder unterschiedlich großen Federraten der ersten und der zweiten Feder. Insbesondere ist die Raststelle näher an der zweiten Hubendlage angeordnet als an der ersten Hubendlage, da die zweite Feder einen kleineren Federweg aufweist als die erste Feder. Da die zweite Feder eine weitaus größere Federrate aufweist als die erste Feder, wird die Raststelle überwiegend durch die Länge des Federwegs der zweiten Feder bestimmt, und liegt daher im Ausführungsbeispiel ca. 2mm von der zweiten Hubendlage entfernt. Im Ausführungsbeispiel üben die auf den Anker wirkenden magnetischen Kräfte nur eine untergeordnete Rolle auf die genaue Lage der Raststelle aus.
[0079] Die Raststelle kann aus der ersten Hubendlage mit nur geringem Energieeinsatz erreicht werden, da hierzu die (große) rückstellende Kraft der zweiten Feder F2 nicht überwunden werden muss. Dennoch ist der Antrieb bei Erreichen der Raststelle bereits weitgehend ausgefahren.
[0080] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Hubmagnet so ausgestaltet, dass die permanentmagnetische Haltekraft, oft auch als "Haftkraft" bezeichnet, in der ersten und der zweiten Hubendlage unterschiedlich groß ist. Insbesondere ist der Hubmagnet dabei so ausgestaltet, dass die permanentmagnetische Haltekraft in der ersten Hubendlage kleiner ist als in der zweiten Hubendlage. Im Ausführungsbeispiel ist hierfür eine geometrische Kennlinienbeeinflussung zwischen der ersten Stirnseite 45 des Ankers, welche dem ersten Stirnabschnitt 20 zugewandt ist, und der Innenseite 25 des ersten Stirnabschnittes 20 vorgesehen. Zwischen diesen beiden Flächen 25 und 45 befindet sich der erste Arbeitsluftspalt, welcher in der ersten Hubendlage geschlossen ist. Die geometrische Kennlinienbeeinflussung bedeutet, dass die Flächen 25 und 45 nicht in einer Ebene senkrecht zur axialen Bewegungsrichtung des Hubmagneten verlaufen, sondern bezüglich einer solchen Ebene ein Profil aufweisen. Im Ausführungsbeispiel weisen die Flächen ein konisches Profil auf, welches im Ausführungsbeispiel einen solchen Winkel aufweist, dass die permanentmagnetische Haltekraft um näherungsweise 50% reduziert wird.
[0081] Auf der gegenüberliegenden Seite, auf welcher sich die zweite Stirnseite 47 des Ankers 40 und die Innenseite 35 des zweiten Stirnabschnittes 30 über einen zweiten Arbeitsluftspalt gegenüber liegen, ist dagegen keine geometrische Kennlinienbeeinflussung vorgesehen. Hier verlaufen die beiden Flächen, zwischen welchen sich der Arbeitsluftspalt befindet, in einer Ebene senkrecht zur axialen Bewegungsrichtung des Hubmagneten.
[0082] Die unterschiedlich großen permanentmagnetischen Haltekräfte in der ersten und in der zweiten Hubendlage sind bevorzugt so gewählt, dass die jeweilige Differenz zwischen der permanentmagnetischen Haltekraft und der jeweiligen entgegengesetzten Federkraft in den beiden Hubendlagen im Wesentlich gleich groß ist und/oder unter Berücksichtigung äußerer auf den Hubmagneten wirkender Kräfte bevorzugt zumindest in der gleichen Größenordnung liegt. Diese Differenz sichert den Hubmagneten in den beiden Hubendlagen jeweils gegen eine ungewollte Auslösung, bspw. durch Erschütterungen. Im Ausführungsbeispiel beträgt die magnetische Haltekraft in der ersten Hubendlage ca. 225 N, in der zweiten Hubendlage ca. 450 N.
[0083] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der bistabile Hubmagnet so ausgelegt, dass der Wert der in den beiden Hubendlagen jeweils im Hubmagneten gespeicherten potentiellen Energie sich um nicht mehr als 50% des größeren Wertes voneinander unterscheidet, d.h. dass der kleinere der beiden Werte mindestens 50% des größeren Wertes beträgt. Bevorzugt ist die potentielle Energie in den beiden Hubendlagen dabei im Wesentlichen gleich groß. Für die Berechnung der potentiellen Energie wird die elektrische Energie unberücksichtigt gelassen, und der unbestromte Fall betrachtet. Im einfachsten Fall ergibt sich die potentielle Energie daher aus der durch die Federn und Permanentmagnete gespeicherten potentiellen Energie.
[0084] Besonders bevorzugt werden im Rahmen der Bestimmung der potentiellen Energie auch externe Kräfte, welche im Rahmen seiner konkreten Verwendung auf den bistabilen Hubmagneten wirken, berücksichtigt. Dies kann beispielsweise die Gravitationskraft sein, wenn der Hubmagnet entgegen der Gravitationskraft ein Element anhebt. Alternativ oder zusätzlich kann es sich auch um externe Federkräfte handeln, beispielsweise wenn der Hubmagnet zum Bewegen eines federbelasteten Elementes eingesetzt wird.
[0085] Durch die in den beiden Hubendlagen ähnlich große potentielle Energie ergibt sich ein besonders energiesparender Betrieb des Hubmagneten. Im Ausführungsbeispiel wird die ähnlich große potentielle Energie insbesondere dadurch erreicht, dass die Feder mit der größeren Kraft und/oder Federrate den kleineren Federweg aufweist.
[0086] In dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des bistabilen Hubmagneten ist weiterhin ein zweiter, von der obigen Aspekten und insbesondere der unterschiedlichen Ausgestaltung der Federn unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung verwirklicht, und zwar durch die konstruktive Ausgestaltung des Stators, des Ankers sowie die Anordnung der Permanentmagnete und Spulen.
[0087] Der Stator ist im Ausführungsbeispiel durch eine weichmagnetische Hülse 15 sowie die beiden Stirnabschnitte 20 und 30 gebildet, welche gemeinsam ein Gehäuse bilden, in dessen Inneren der weichmagnetische Anker 40 verschieblich angeordnet ist. Die Hülse 15 erstreckt sich zwischen dem ersten Stirnabschnitt 20 und dem zweiten Stirnabschnitt 30 über die gesamte Länge des Hubmagneten. Zwischen der ersten Seite des Ankers 40 und dem ersten Stirnabstand 20 ist ein erster Arbeitsluftspalt, zwischen der zweiten Seite des Ankers 40 und dem zweiten Stirnabschnitt 30 ein zweiter Arbeitsluftspalt gebildet.
[0088] Gemäß dem zweiten Aspekt sind zwei Permanentmagneten PM1 und PM2 vorgesehen, welche den Anker 40 entgegen der Kraft des Federsystems in den jeweiligen Hubendlagen halten. Die beiden Permanentmagnete PM1 und PM2 sind jeweils so zwischen der magnetischen Hülse 15 und dem jeweiligen Stirnabschnitt 20 bzw. 30 angeordnet, dass sie diese unter eine magnetische Spannung setzen. Hierzu können PM1 und PM2 beispielsweise aus jeweils einem oder mehreren radial polarisierten hartmagnetischen Ringen, bevorzugt NdFeB, gebildet werden. Alternativ können PM1 und PM2 aus radial oder diametral polarisierten, hartmagnetischen Ringsegmenten gebildet werden. Der Anker 40 schließt in der jeweiligen Hubendlage die Hülse 15 mit dem jeweiligen Stirnabschnitt 20 bzw. 30 über den Magnetkreisabschnitt 18, welcher als Rückschluss fungiert, magnetisch kurz, so dass der jeweilige Permanentmagnet in der jeweiligen Hubendlage eine Haltekraft auf den Anker 40 ausübt. Den beiden Hubendlagen ist jeweils eine Spule L1 bzw. L2 zugordnet, durch deren Bestromung der Anker aus der jeweiligen Hubendlage gelöst bzw. bei umgekehrter Stromrichtung entgegen der Kraft der jeweiligen Feder in seine Hubendlage gezogen werden kann.
[0089] Der in der ersten bzw. zweiten Hubendlage durch die Hülse, den Anker, den jeweiligen Stirnabschnitt und jeweiligen Permanentmagneten gebildete magnetische Teilkreis umgibt die jeweilige Spule L1 bzw. L2, so dass eine Bestromung der Spule in einer Stromrichtung der magnetischen Haltekraft des jeweiligen Permanentmagneten entgegen wirkt und so für eine Auslenkung des Ankers aus der jeweiligen Hubendlage sorgt. Ist die Haltekraft des Permanentmagneten überwunden, trägt die jeweilige Feder erheblich zur Bewegung des Ankers bei.
[0090] Die Spulen L1 und L2 sind in axialer Richtung des Hubmagneten zwischen den beiden Permanentmagneten PM1 und PM2 angeordnet. Die Hülse 15 weist einen mittleren Magnetkreisabschnitt 18 auf, welcher zwischen den beiden Spulen L1 und L2 so angeordnet ist, dass er sowohl in der ersten Hubendlage als auch in der zweiten Hubendlage magnetisch an den Anker 40 koppelt. In axialer Richtung schließen an diesen Magnetkreisabschnitt 18 der Hülse 15 auf beiden Seiten jeweils die Spulen L1 bzw. L2 an, neben welchen dann in axialer Richtung weiter au-ßen die jeweiligen Permanentmagnete PM1 und PM2 angeordnet sind. Der Magnetkreisabschnitt 18 wird im Ausführungsbeispiel durch eine nach innen auskragende Erhebung der Innenwand der Hülse 15 gebildet, während die Spulen L1 und L2 bzw. die Permanentmagnete F1 und F2 in Nuten bzw. Aussparungen am Innenumfang der Hülse 15 angeordnet sind.
[0091] Im Ausführungsbeispiel sind die Permanentmagneten PM1 und PM2 jeweils zwischen der Hülse 15 und einem in die Hülse hineinragenden Teil des jeweiligen Stirnabschnittes 20 bzw. 30 angeordnet. Die Spulen L1 und L2 sind dagegen zumindest teilweise neben dem Bewegungsbereich des Ankers 40 angeordnet.
[0092] Durch die Verwendung der axial außen angeordneten Permanentmagneten PM1 und PM2 kann gegenüber anderen Bauformen die Baulänge des Hubmagneten verringert werden.
[0094] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die weichmagnetischen Stirnabschnitte 20 und 30 des Stators jeweils einen Befestigungsbereich 21 bzw. 31 auf, mit welchem sie mit der Hülse 15 in Verbindung stehen. Dies hat konstruktiv erhebliche Vorteile, da hierdurch eine einfache und stabile Verbindung zwischen den Stirnabschnitten und der Hülse im Verbindungsbereich 19 ermöglicht wird.
[0095] Da der Befestigungsbereich 21 bzw. 31 sich jedoch in radialer Richtung über den ersten bzw. den zweiten Permanentmagneten PM1 bzw. PM2 erstreckt, stellt er einen eigentlich unerwünschten magnetischen Kurzschluss zwischen der Hülse und dem jeweiligen Stirnabschnitt her. Der Befestigungsbereich ist daher vorzugsweise so ausgestaltet, dass er durch den jeweiligen Permanentmagneten magnetisch komplett gesättigt ist. Bevorzugt beträgt der magnetische Fluss, welcher von der Hülse über den Befestigungsabschnitt fließt, maximal 50 % des magnetischen Flusses, welcher in der jeweiligen Hubendlage von der Hülse über den Anker zu dem jeweiligen Stirnabschnitt fließt, bevorzugt maximal 20%.
[0096] Der Befestigungsbereich 21 bzw. 31 ist plattenförmig, insbesondere ringplattenförmig ausgestaltet. Weiterhin kann der Befestigungsbereich Aussparungen aufweisen, um das weichmagnetische Material im Bereich des Befestigungsbereiches zu verringern. In einer möglichen Ausgestaltung kann der Befestigungsbereich 31 nach außen hin weniger Material aufweisen, beispielsweise indem er nach außen hin dünner ausgestaltet ist, um so eine möglichst gleichmäßige Sättigung in diesem Bereich zu bewirken.
[0097] Der erste und der zweite Aspekt sind im Ausführungsbeispiel kombiniert verwirklicht, d.h. der Hubmagnet weist einen konstruktiven Aufbau gemäß dem zweiten Aspekt sowie unterschiedliche Federn gemäß dem ersten Aspekt auf. Auch die übrigen oben beschriebenen Aspekte sind in Kombination verwirklicht.
[0098] Weiterhin kann die Ausgestaltung mit unterschiedlichen Federn und/oder unterschiedlichen magnetischen Haltekräften und/oder einer asymmetrische Raststelle auch bei einer anderen konstruktiven Ausgestaltung des Haltemagneten eingesetzt werden.
[0099] Beispielsweise könnte statt der beiden außen liegenden Permanentmagnete PM1 und PM2 ein einzelner im Bereich des Magnetkreisabschnitts 18 angeordneter Permanentmagnet eingesetzt werden, welcher in beiden Hubendlagen die Hülse 15 und den Anker 40 unter eine magnetische Spannung setzt.
[0100] Weiterhin sind auch andere konstruktive Ausgestaltungen des Stators denkbar, beispielsweise mit zwei getrennten weichmagnetischen Abschnitten, zwischen welchen zumindest Teile des Ankers angeordnet sind, bspw. in Form einer Ankerplatte. Weiterhin alternativ oder zusätzlich sind auch Ausgestaltungen mit außen liegenden Ankerplatten und/oder mit am Anker angeordneten Permanentmagneten denkbar.
[0101] Mögliche Ausgestaltungen einer Steuerung zur Ansteuerung eines bistabilen Hubmagneten im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind in Fig. 3 und 4 gezeigt. Sie können zur Ansteuerung beliebiger bistabiler Hubmagnete, welche mindestens zwei Spulen L1 und L2 aufweisen, eingesetzt werden. Besonders bevorzugt kommt die Steuerung bei bistabilen Hubmagneten zum Einsatz, bei welchen der Anker im unbestromten Fall permanentmagnetisch in der ersten und zweiten Hublage gehalten wird, wobei durch Bestromen der ersten Spule L1 und/oder der zweiten Spule L2 mit einer ersten Stromrichtung der Hubmagnet aus der ersten Hubendlage, und durch Bestromung der zweiten Spule L2 und/oder der ersten Spule L1 mit einer zweiten Stromrichtung der Anker aus der zweiten Hubendlage gelöst wird. Besonders bevorzugt weist der Hubmagnet ein Federsystem mit einer ersten und einer zweiten Feder auf, wobei die erste Feder in der ersten Hubendlage auf den Anker eine Kraft in Richtung auf die Hubmittellage ausübt, und die zweite Feder in der zweiten Hubendlage eine Kraft auf den Anker in Richtung auf die Hubmittellage ausübt. Durch Bestromen mindestens der ersten Spule L1 mit einer zweiten Stromrichtung kann der Hubmagnet entgegen der Federkraft der ersten Feder in die erste Hubendlage gezogen werden, und durch Bestromung mindestens der zweiten Spule L2 mit einer zweiten Stromrichtung kann der Anker in die zweite Hubendlage gezogen werden.
[0102] Der Stator und der Anker können in der jeweiligen Hubendlage einen magnetischen Teilkreis bilden, welcher die jeweilige Spule L1 bzw. L2 umgibt, so dass ein Bestromen der jeweiligen Spule mit der ersten Stromrichtung die permanentmagnetische Haltekraft abschwächt.
[0103] Die Steuerungen können besonders bevorzugt zur Ansteuerung eines erfindungsgemäßen Hubmagneten eingesetzt werden, wie er oben beschrieben wurde, und besonderes bevorzugt zur Ansteuerung eines Hubmagneten, bei welchem einer oder mehrere der oben beschriebenen Aspekte verwirklicht sind. Weiterhin bevorzugt arbeiten die oben beschriebenen Hubmagnete gemäß der vorliegenden Erfindung so, wie dies soeben beschrieben wurde.
[0104] Beiden Ausführungsbeispielen der Steuerung ist gemeinsam, dass die Bestromung der Spulen L1 und L2 über ein oder mehrere Energiespeicher C1, C2 erfolgt, welche über Schalter S1 bis S4 über die Spulen L1 und L2 entladen werden. Bei den Energiespeichern handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Kondensatoren, insbesondere um Elektrolytkondensatoren. Hierzu wird im Ausführungsbeispiel eine durch die Schalter S1 bis S4 gebildete Vollbrücke eingesetzt, um die Richtung, in welcher die Entladung über die Spulen erfolgt, frei wählen zu können.
[0105] Beiden Ausführungsbeispielen ist weiterhin gemein, dass mindestens ein erster Energiespeicher C1 über die in Reihe geschalteten Spulen L1 und L2 entladen werden kann. Mindestens ein zweiter Energiespeicher C2 kann dagegen über nur eine der beiden Spulen L1 oder L2 entladen werden. Hierfür kann der zweite Energiespeicher C2 mit dem Mittelabgriff zwischen den beiden Spulen L1 und L2 verbunden werden oder verbunden sein. Über welche der beiden Spulen L1 oder L2 die jeweilige Entladung erfolgt, wird über die Vollbrücke bestimmt, welche sowohl zur Ansteuerung der Entladungsrichtung des ersten Energiespeichers C1, als auch zur Ansteuerung der Entladung des zweiten Energiespeichers C2 über die erste Spule L1 oder die zweite Spule L2 genutzt wird.
[0106] Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel steht der Energiespeicher C2 ständig mit dem Mittelabgriff zwischen den beiden Spulen in Verbindung. Wird daher die Entladung über die Vollbrücke freigeschaltet, entladen sich gleichzeitig der erste Energiespeicher in Reihe über die beiden Spulen L1 und L2, und der zweite Energiespeicher C2 über eine der beiden Spulen L1 oder L2.
[0107] Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel steht der zweite Energiespeicher C2 dagegen schaltbar mit dem Mittelabgriff zwischen den beiden Spulen L1 und L2 in Verbindung, und zwar über den Schalter S6. Über einen weiteren Schalter S5 kann der zweite Energiespeicher C2 dagegen mit dem ersten Energiespeicher C1 parallel geschaltet werden.
[0108] Die Schaltung in Fig. 4 kann in einen ersten Betriebsmodus beide Energiespeicher C1 und C2 in Reihe über die beiden Spulen L1 und L2 entladen. In einem zweiten Betriebsmodus wird dagegen nur der erste Energiespeicher C1 in Reihe über die Spulen L1 und L2 entladen, der zweite Energiespeicher C2 dagegen über je eine der beiden Spulen L1 oder L2. Bevorzugt wird im zweiten Betriebsmodus der zweite Energiespeicher C2 mit einem zeitlichen Versatz zu der Vollbrücke geschaltet, d.h. der zweite Energiespeicher C2 wird erst mit dem Mittelabgriff zwischen den beiden Spulen verbunden, nachdem die Vollbrücke bereits eine Verbindung zwischen dem ersten Energiespeicher und den beiden Spulen hergestellt und den Stromkreis zur Entladung von C1 geschlossen hat. Bevorzugt wird der zweite Energiespeicher C2 jedoch so frühzeitig zugeschaltet, dass die Stellbewegung noch nicht eingesetzt hat.
[0109] Die Entladung des zweiten Energiespeichers C2 über den Mittelabgriff führt dazu, dass dieser nur über eine der beiden Spulen L1 oder L2 entladen wird. Zum einen steht hierdurch mehr Energie für diese Spule zur Verfügung. Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass der Strom durch die andere Spule begrenzt wird und hierdurch eine Überkompensation vermieden wird.
[0110] Bevorzugt ist die Schaltung so ausgestaltet, dass der erste Betriebsmodus eingesetzt wird, um den Hubmagneten in eine erste Richtung zu bewegen, und der zweite Betriebsmodus, um den Hubmagneten in eine zweite Richtung zu bewegen. Insbesondere kann der erste Betriebsmodus, bei welchem die beiden Energiespeicher C1 und C2 parallel geschaltet sind und beide über die in Reihe geschalteten Spulen L1 und L2 entladen werden, für eine Bewegung von der ersten Hubendlage in die zweite Hubendlage eingesetzt werden. Für eine Bewegung von der zweiten Hubendlage in die erste Hubendlage kommt dagegen bevorzugt der zweite Betriebsmodus zum Einsatz, bei welchem der zweite Energiespeicher C2 parallel zu Energiespeicher C1 über eine der beiden Spulen L1 und L2 entladen wird, bevorzugt mit einem Zeitversatz gegenüber der Entladung des ersten Energiespeichers C1. Eine solche unterschiedliche Ansteuerung der beiden Bewegungsrichtungen ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Hubmagnet eine asymmetrische Kennlinie und/oder unterschiedliche Federn aufweist.
[0111] Bevorzugt sind die Schalter der Vollbrücke sowie die Schalter zum Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus jeweils als Halbleiterschalter, insbesondere in Form eines MOSFET ausgebildet.
[0112] In Fig. 4 ist dies gezeigt. Zum Ansteuern sind jeweils Steuereingänge A1 bis A4 und B1 und B2 vorgesehen, über welche eine Spannungsdifferenz gegenüber den Referenzanschlüssen A1', A3`, B1' und B2` zur Ansteuerung der jeweiligen Schalters angelegt wird.
[0113] Weiterhin sind im Ausführungsbeispiel in Fig. 4 jeweils zwei erste Energiespeicher C1 und C3 und zwei zweite Energiespeicher C2 und C4 parallel geschaltet.
[0114] Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Aufladung der Energiespeicher C1 und C2 über Wiederstände R1 und R2, mit welchen diese mit einer Spannungsversorgung +V in Verbindung stehen. Wird daher die Spannungsversorgung eingeschaltet, laden sich die Energiespeicher über die jeweiligen Widerstände.
[0115] Bevorzugt wird jedoch sowohl beim ersten, als auch beim zweiten Ausführungsbeispiel eine elektronisch geregelte Ladung der Energiespeicher vorgenommen, insbesondere mit einem konstanten Ladestrom.
[0116] Alternativ oder zusätzlich kann der Ladestrom, mit welchem die Energiespeicher geladen werden, einstellbar sein. Beispielsweise kann die Steuerung mehrere Betriebsmodi aufweisen, welche sich durch die Größe des Ladestroms unterscheiden, wobei die Steuerung bevorzugt zwischen den Betriebsmodi umschaltbar ist. Durch den Ladestrom wird die erforderliche Totzeit zwischen zwei Stellvorgängen wesentlich bestimmt. Bei einem hohen Ladestrom wird die Zeit, welche zwischen zwei Stellvorgängen notwendig ist, verkürzt. Ein niedriger Ladestrom verlängert dagegen diese Zeit. Durch die unterschiedlichen Betriebsmodi kann der Hubmagnet beispielsweise dann, wenn längere Zeiten zwischen zwei Stellvorgängen zulässig sind, mit einer Energieversorgung mit geringerer Leistung betrieben werden, ohne diese zu überlasten.
[0117] Unterschiedliche Ladeströme können bspw. durch unterschiedliche Widerstände, oder durch eine entsprechende elektronische Steuerung verwirklicht werden, bevorzugt durch Schaltregler, beispielsweise Aufwärts- oder Abwärtswandler.
[0118] Auch unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Steuerung, wie sie oben beschrieben wurde, wird der Hubmagnet gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung so angesteuert, dass bei einem Abschalten der Spannungsversorgung der Hubmagnet von der ersten in die zweite Hubendlage bewegt wird. Bei einem Zuschalten der Versorgungsspannung wird der Hubmagnet dagegen zurück von der zweiten Hubendlage in die erste Hubendlage bewegt.
[0119] Bevorzugt wird eine Überwachung der Versorgungsspannung vorgenommen. Beispielsweise kann ein Abfallen der Versorgungsspannung mittels einer Flankenerkennung erkannt werden. Fällt die Versorgungsspannung ab, werden die Energiespeicher über die Spule oder Spulen des Hubmagneten entladen, um den Hubmagneten von der ersten in die zweite Hubendlage zu bewegen.
[0120] Bevorzugt werden nach dem Zuschalten der Versorgungsspannung zunächst die elektrischen Energiespeicher aufgeladen, wobei die Steuerung das Erreichen einer bestimmten Schwellspannung am Energiespeicher erkennt und daraufhin den Energiespeicher über die Spule oder Spulen des Hubmagneten so entlädt, dass dieser sich von der zweiten in die erste Hubendlage bewegt.
[0121] Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der erfindungsgemäße Hubmagnet problemlos zum Ersatz von monostabilen Hubmagneten und/oder monostabilen Pneumatikventilen und/oder monostabiler pneumatischer Antriebe eingesetzt werden kann.
[0122] Weist der Hubmagnet wie oben beschrieben eine gegenüber der Hubmittellage versetzte Raststelle auf, wird ein solcher Betrieb besonders sicher. Denn selbst dann, wenn die Versorgungsspannung ungewollt sehr kurz nach einem Schaltvorgang, mit welchem der Hubmagnet in die erste Hubendlage verfahren wurde, ausfällt, oder sonstige Probleme an den Energiespeichern auftreten, ist ein Verfahren in die Raststelle immer noch möglich, da hierfür nur sehr wenig Energie benötigt wird. In dieser Raststelle ist der Hubmagnet jedoch bereits weitgehend zur zweiten Hubendlage hin ausgefahren.
einen Stator (15, 20, 30),
einen oder mehrere Anker (40),
mindestens eine Spule (L1, L2),
mindestens einen Permanentmagneten (PM1, PM2) und
ein Federsystem mit einer ersten Feder (F1), welche in der ersten Hubendlage auf den oder die Anker (40) eine Kraft in Richtung auf die Hubmittellage ausübt, sowie mit einer zweiten Feder (F2), welche in der zweiten Hubendlage auf den oder die Anker (40) eine Kraft in Richtung auf die Hubmittellage ausübt, wobei der oder die Anker (40) im stromlosen Fall in beiden Hubendlagen entgegen der Federkraft permanentmagnetisch gehalten werden,
wobei die erste und die zweite Feder (F1, F2) unterschiedlich lange Federwege aufweisen und/oder in der jeweiligen Hubendlage unterschiedlich große Kräfte auf den oder die Anker (40) ausüben und/oder unterschiedlich große Federraten aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Federweg der ersten Feder (F1) größer als der Federweg der zweiten Feder (F2) ist und die zweite Feder (F2) in der zweiten Hubendlage eine größere Kraft auf den oder die Anker (40) ausübt als die erste Feder (F1) in der ersten Hubendlage auf den oder die Anker (40) ausübt,
und/oder dass der Federweg der ersten Feder (F1) größer als der Federweg der zweiten Feder (F2) ist und die Federrate der zweiten Feder in der zweiten Hubendlage größer ist als die Federrate der ersten Feder in der ersten Hubendlage.
und/oder wobei die Kraft, welche die zweite Feder (F2) in der zweiten Hubendlage auf den oder die Anker (40) ausübt, zwischen dem 1,5-fachen und dem 100-fachen der Kraft beträgt, welche die erste Feder (F1) in der ersten Hubendlage auf den oder die Anker (40) ausübt, bevorzugt zwischen dem 3-fachen und dem 15-fachen,
und/oder wobei die Federrate der zweiten Feder (F2) in der zweiten Hubendlage zwischen dem 2-fachen und dem 1000-fachen der Federrate der ersten Feder (F1) in der ersten Hubendlage beträgt, bevorzugt zwischen dem 10-fachen und dem 500-fachen, weiter bevorzugt zwischen dem 20-fachen und dem 100-fachen.
und/oder wobei die magnetische Haltekraft des Hubmagneten in einer der beiden Hubendlagen kleiner als in der anderen Hubendlage ist, wobei bevorzugt die magnetische Haltekraft in der ersten Hubendlage kleiner als in der zweiten Hubendlage ist und/oder wobei bevorzugt die magnetische Haltekraft des Hubmagneten in einer der beiden Hubendlagen um mindestens 20% kleiner, weiter bevorzugt um mindestens 30% kleiner als in der anderen Hubendlage ist, und/oder wobei die magnetische Haltekraft in einer der Hubendlagen mindestens 20% der magnetischen Haltekraft in der anderen Hubendlage beträgt, bevorzugt mindestens 30%
und/oder wobei der Stator und der oder die Anker (40) in einer der Hubendlagen und bevorzugt in der ersten Hubendlage eine geometrische Kennlinienbeeinflussung aufweisen, insbesondere einen nicht in einer Ebene senkrecht zur Achse des Hubmagneten verlaufenden Arbeits-Luftspalt, insbesondere einen konisch verlaufenden Arbeits-Luftspalt, wobei der Stator (15, 20, 30) und der oder die Anker (40) in der anderen Hubendlage und bevorzugt in der zweiten Hubendlage eine schwächere oder keine geometrische Kennlinienbeeinflussung aufweisen,
und/oder wobei sich die Differenz zwischen dem Betrag der magnetischen Haltekraft und dem Betrag der Kraft, welche die jeweilige Feder (F1, F2) aufbringt, in den beiden Hubendlagen um maximal 50% des größeren Wertes unterscheidet.
wobei bevorzugt der Stator eine weichmagnetische Hülse (15) und einen ersten und zweiten weichmagnetischen Stirnabschnitt (20, 30) aufweist, welche das Gehäuse bilden, in welchem der Anker (40) verschieblich angeordnet ist,
wobei zwischen dem Anker (40) und dem ersten Stirnabschnitt (20) mindestens ein erster Arbeitsluftspalt und zwischen dem Anker (40) und dem zweiten Stirnabschnitt (30) mindestens ein zweiter Arbeitsluftspalt vorgesehen ist;
wobei die mindestens eine Spule eine erste und eine zweite Spule (L1, L2) umfasst,
wobei der Anker (40) in der ersten Hubendlage mit der Hülse (15) und dem ersten Stirnabschnitt (20) einen ersten magnetischen Teilkreis bildet, welcher zumindest die erste Spule (L1) umgibt, während der oder die Arbeitsluftspalte mit dem zweiten Stirnabschnitt (30) maximal geöffnet sind;
und wobei der Anker (40) in der zweiten Hubendlage mit der Hülse (15) und dem zweiten Stirnabschnitt (30) einen zweiten magnetischen Teilkreis bildet, welcher zumindest die zweite Spule (L2) umgibt, während der oder die Arbeitsluftspalte mit dem ersten Stirnabschnitt (20) maximal geöffnet sind.
wobei der erste Permanentmagnet (PM1) die Hülse (15) und den ersten Stirnabschnitt (20) und der zweite Permanentmagnet (PM2) die Hülse (15) und den zweiten Stirnabschnitt (30) unter eine magnetische Spannung setzen.
und/oder wobei die Hülse (15) zwischen den beiden Spulen (L1, L2) einen Magnetkreisabschnitt (18) aufweist, welcher sowohl in der ersten als auch in der zweiten Hubendlage in axialer Richtung mit dem Anker (40) überlappt und diesen radial umgibt, wobei der Magnetkreisabschnitt bevorzugt magnetisch unmittelbar an den Anker (40) koppelt,
und/oder wobei die erste und die zweite Spule (L1, L2) zumindest teilweise zwischen der Hülse (15) und dem Bewegungsbereich des Ankers (40) und/oder in einer Innennut und/oder Aussparung der Hülse (15) angeordnet sind.
und/oder wobei bevorzugt die Steuerung so ausgestaltet ist, dass auf ein Zuschalten der Versorgungsspannung hin der oder die elektrischen Energiespeicher (C1, C2), vorzugsweise Kondensatoren, aufgeladen werden, und dass das Erreichen einer bestimmten Schwellspannung am elektrischen Energiespeicher von der Steuerung erkannt wird, woraufhin selbige den oder die Energiespeicher über den bistabilen Hubmagneten so entlädt, dass dieser sich in die umgekehrte Richtung bewegt, insbesondere in die erste Hubendlage bewegt.
wobei der erste Energiespeicher (C1) in Serie über die zwei Spulen (L1, L2) des Hubmagneten entladbar ist, und wobei der zweite Energiespeicher (C2) über eine der zwei Spulen (L1, L2) des Hubmagneten entladbar ist, wobei bevorzugt der zweite Energiespeicher (C2) wahlweise über eine der zwei Spulen und/oder wahlweise auch in Serie über zwei Spulen des Hubmagneten entladbar ist, wobei die elektrische Schaltung bevorzugt so ausgestaltet ist, dass zur Ansteuerung einer ersten Bewegungsrichtung des Hubmagneten, insbesondere von der ersten in die zweite Hubendlage, beide Energiespeicher (C1, C2) in Serie über die zwei Spulen des Hubmagneten (L1, L2) entladen werden, und zur Ansteuerung einer zweiten Bewegungsrichtung des Hubmagneten, insbesondere von der zweiten in die erste Hubendlage, der erste Energiespeicher (C1) in Serie über die Spulen (L1, L2) und der zweite Energiespeicher (C2) über nur eine der zwei Spulen (L1, L2) entladen wird, wobei die Entladung des zweiten Energiespeichers (C2) bevorzugt mit einer zeitlichen Verzögerung zur Entladung des ersten Energiespeichers (C1) erfolgt, wobei das Entladen des zweiten Energiespeichers bevorzugt noch vor Eintreten des Stellvorgangs einsetzt, oder
wobei die zwei Spulen (L1, L2) in Serie geschaltet sind und eine Mittelanzapfung aufweisen, wobei die elektrische Schaltung so ausgestaltet ist, dass entlang einer ersten Bewegungsrichtung, insbesondere einer Bewegungsrichtung von der ersten in die zweite Hubendlage, beide Energiespeicher (C1, C2) über die in Reihe geschalteten Spulen (L1, L2) entladen werden, während bei der umgekehrten Bewegungsrichtung, insbesondere einer Bewegung von der zweiten in die erste Hubendlage, zunächst der erste Energiespeicher (C1) über die in Reihe geschalteten Spulen (L1, L2) entladen wird, und mit einer zeitlichen Verzögerung der zweite Energiespeicher (C2) über die Mittelanzapfung beider Spulen entladen wird, wobei das Entladen des zweiten Energiespeichers (C2) bevorzugt noch vor Eintreten des Stellvorgangs einsetzt.
a stator (15, 0, 30);
one or more armatures (40);
at least one coil (L1, L2);
at least one permanent magnet (PM1, PM2); and
a spring system having a first spring (F1)
that exerts a force on the armature or armatures (40) in the direction toward the center of stroke position and having a second spring (F2) that exerts a force on the armature or armatures (40) in the direction toward the center of stroke position, wherein the armature or armatures (40) are held in a permanent magnetic manner against the spring force in both end of stroke positions in the currentless case,
wherein the first and second springs (F1, F2) have spring travels of different lengths and/or exert forces of different strengths on the armature or armatures (40) and/or have spring rates of different amounts in the respective end of stroke position,
characterized in that
the spring travel of the first spring (F1) is greater than the spring travel of the second spring (F2) and the second spring (F2) exerts a greater force on the armature or armatures (40) than the first spring (F1) exerts on the armature or armatures (40);
and/or in that the spring travel of the first spring (F1) is greater than the spring travel of the second spring (F2) and the spring rate of the second spring in the second end of stroke position is greater than the spring rate of the first spring in the first end of stroke position;
and/or wherein the force the second spring (F2) exerts on the armature or armatures (40) in the second end of stroke position amounts to between 1.5 times and 100 times the force the first spring (F1) exerts on the armature or armatures (40) in the first end of stroke position, preferably between 3 times and 15 times;
and/or wherein the spring rate of the second spring (F2) in the second end of stroke position amounts to between twice and 1000 times the spring rate of the first spring (F1) in the first end of stroke position, preferably between 10 times and 500 times, further preferably between 20 times and 100 times.
and/or wherein the magnetic holding force of the lifting solenoids is smaller in one of the two end of stroke positions than in the other end of stroke position, with the magnetic holding force in the first end of stroke position preferably being smaller than in the second end of stroke position; and/or wherein the magnetic holding force of the lifting solenoid in one of the two end of stroke positions is preferably at least 20% smaller, further preferably at least 30% smaller, than in the other end of stroke position; and/or wherein the magnetic holding force in one of the end of stroke positions amounts to at least 20% of the magnetic holding force in the other end of stroke position, preferably at least 30%;
and/or wherein the stator and the armature or armatures (40) have a geometrical characteristic influence in one of the end of stroke positions, and preferably in the first end of stroke position, in particular a working air gap, in particular a conically extending work gap, not extending in a plane perpendicular to the axle of the lifting solenoid, with the stator (15, 20, 30) and the armature or armatures (40) in the other end of stroke position, and preferably in the second end of stroke position, having a weaker or no geometrical characteristic influence,
and/or wherein the difference between the amount of the magnetic holding force and the amount of the force that the respective spring (F1, F2) applies differs by a maximum of 50% of the larger value in both end of stroke positions.
wherein the stator preferably has a soft magnetic sleeve (15) and first and second soft magnetic front sections (20, 30) that form a housing in which the armature (40) is displaceably arranged;
wherein at least one first working air gap is provided between the armature (40) and the first front section (20) and at least one second working air gap is provided between the armature (40) and the second front section (30);
wherein the at least one coil has first and second coils (L1, L2);
wherein the armature (40) forms a first magnetic part circuit with the sleeve (15) and the first front section (20) in the first end of stroke position, said first magnetic part circuit at least surrounding the first coil (L1), while the working air gap or gaps is/are opened to a maximum with the second front section (30);
and wherein the armature (40) forms a second magnetic part circuit with the sleeve (15) and the second front section (30) in the second end of stroke position, said second magnetic part circuit at least surrounding the second coil (L2), while the working air gap or gaps is/are opened to a maximum with the first front section (20).
wherein the first permanent magnet (PM1) puts the sleeve (15) and the first front section (20) under a magnetic voltage and the second permanent magnet (PM2) puts the sleeve (15) and the second front section (30) under a magnetic voltage
and/or wherein the sleeve (15) has a magnetic circuit section (18) between the two coils (L1, L2) that overlaps the armature (40) in both the first end of stroke position and in the second end of stroke position in the axial direction and that preferably surrounds it radially, with the magnetic circuit section preferably magnetically directly coupling at the armature (40);
and/or wherein the first and second coils (L1. L2= are arranged at least partly between the sleeve (15) and the movement range of the armature (40) and/or in an inner groove and/or cutout of the sleeve (15).
wherein the first and/or second front section (20, 30) has/have a fastening region (21, 31) that extends beyond the first or second permanent magnet (PM1, PM2) in the radial direction and is fastened to the sleeve (15), with the fastening region (21, 31) preferably being magnetically saturated by the first or second permanent magnet (PM1, PM2);
and/or wherein the fastening region (21, 31) is preferably board-shaped, in particular ring board-shaped; and/or wherein the fastening region (21, 31) preferably has cutouts and/or has less material toward the outside and in particular becomes thinner.
and/or wherein the control is preferably configured such that in response to a switching on of the supply voltage, the electrical energy store or stores (C1, C2), preferably capacitors, is/are charged and such that the reaching of a specific threshold voltage at the electrical store is recognized by the control, whereupon the latter discharges the energy store or stores via the bistable lifting solenoid so that it moves in the opposite direction, in particular into the first end of stroke position.
wherein the first energy store (C1) can be discharged in series by two coils of the lifting solenoid; and wherein the second energy store (C2) can be discharged by one of the two coils (L1, L2) of the lifting solenoid, with the second energy store (C2) preferably being selectively dischargeable by one of the two coils and/or selectively also in series by two coils of the lifting solenoid, with the electrical circuit preferably being configured such that for the control of a first direction of movement of the lifting solenoid, in particular from the first end of stroke position into the second end of stroke position, both energy stores (C1, C2) are discharged in series by the two coils (L1, L2) of the lifting solenoid, and for the control of a second direction of movement of the lifting solenoid, in particular from the second end of stroke position into the first end of stroke position, the first energy store (C1) is discharged in series by the coils (L1, L2) and the second energy store (C2) is discharged by only one of the two coils (L1, L2), with the discharge of the second energy store (C2) preferably taking place with a time delay from the discharge of the first energy store (C1), with the discharge of the second energy store preferably starting even before the occurrence of the adjustment process; and/or
wherein the two coils (L1, 2) are connected in series and preferably have a central tapping, wherein the electrical circuit is configured such that both energy stores (C1, C2) are discharged by the coils (L1, L2) connected in series along a first direction of movement, in particular along a direction of movement from the first end of stroke position into the second end of stroke position, while on the opposite direction of movement, in particular a movement from the second end of stroke position into the first end of stroke position, the first energy store (C1) is first discharged by the coils (L1, L2) connected in series and the second energy store (C2) is discharged with a time delay via the central tapping of both coils, with the discharge of the second energy store (C2) preferably starting even before the occurrence of the adjustment process.
un stator (15, 20, 30),
un ou plusieurs ancrages (40),
au moins une bobine (L1, L2),
au moins un aimant permanent (PM1, PM2), et
un système de ressorts avec un premier ressort (F1), lequel exerce une force en direction de la position centrale de levage sur l'ancrage ou les ancrages (40) dans la première position finale de levage, ainsi qu'un deuxième ressort (F2), lequel exerce une force en direction de la position centrale de levage sur le ou les ancrages (40) dans la deuxième position finale de levage, dans lequel l'ancrage ou les ancrages (40) sont maintenus par un aimant permanent à l'encontre de la force de ressort dans les deux positions finales de levage dans le cas sans courant,
dans lequel le premier et le deuxième ressort (F1, F2) présentent des courses de ressort de longueur différente et/ou exercent des forces d'importance différente dans la position finale de levage respective sur l'ancrage ou les ancrages (40) et/ou présentent des constantes de rappel d'importance différente,
caractérisé en ce
que la course de ressort du premier ressort (F1) est plus grande que la course de ressort du deuxième ressort (F2) et le deuxième ressort (F2) exerce une force plus importante sur l'ancrage ou les ancrages (40) dans la deuxième position finale de levage que celle que le premier ressort (F1) exerce sur l'ancrage ou les ancrages (40) dans la première position finale de levage,
et/ou que la course de ressort du premier ressort (F1) est plus importante que la course de ressort du deuxième ressort (F2) et la constante de rappel du deuxième ressort dans la deuxième position finale de levage est plus importante que la constante de rappel du premier ressort dans la première position finale de levage.
et/ou dans lequel la constante de rappel du deuxième ressort (F) dans la deuxième position finale de levage est comprise entre 2 fois et 1000 fois la constante de rappel du premier ressort (F1) dans la première position finale de levage, de préférence entre 10 fois et 500 fois, de manière davantage préférée entre 20 fois et 100 fois.
et/ou dans lequel la force de maintien magnétique de l'aimant de levage dans une des deux positions finales de levage est inférieure à celle dans l'autre position finale de levage, dans lequel de manière préférée la force de maintien magnétique dans la première position finale de levage est inférieure à celle dans la deuxième position finale de levage et/ou dans lequel de manière préférée la force de maintien magnétique de l'aimant de levage dans une des deux positions finales de levage est inférieure d'au moins 20 %, de manière davantage préférée est inférieure d'au moins 30 % à celle dans l'autre position finale de levage, et/ou dans lequel la force de maintien magnétique dans une des positions finales de levage est d'au moins 20 % de la force de maintien magnétique dans l'autre position finale de levage, de manière préférée d'au moins 30 %,
et/ou dans lequel le stator et l'ancrage ou les ancrages (40) présentent dans une des positions finales de levage et de manière préférée dans la première position finale de levage une incidence de courbe caractéristique, en particulier un entrefer de travail ne s'étendant pas dans un plan de manière perpendiculaire à l'axe de l'aimant de levage, en particulier un entrefer de travail s'étendant de manière conique, dans lequel le stator (15, 20, 30) et l'ancrage ou les ancrages (40) présentent dans l'autre position finale de levage et de manière préférée dans la deuxième position finale de levage une incidence de courbe caractéristique plus faible ou aucune incidence de courbe caractéristique,
et/ou dans lequel la différence entre la valeur de la force de maintien magnétique et la valeur de la force que le ressort (F1, F2) concerné applique, dans les deux positions finales de levage se distinguent de 50 % de la valeur la plus importante au maximum.
dans lequel de manière préférée le stator présente une douille magnétiquement douce (15) et une première et deuxième section frontale (20, 30) magnétiquement douces, lesquelles forment le boîtier, dans lequel l'ancrage (40) est disposé de manière à pouvoir coulisser, dans lequel au moins un premier entrefer de travail est prévu entre l'ancrage (40) et la première section frontale (20) et au moins un deuxième entrefer de travail est prévu entre l'ancrage (40) et la deuxième section frontale (30), dans lequel l'au moins une bobine comprend une première et une deuxième bobine (L1 L2),
dans lequel l'ancrage (40) forme, dans la première position finale de levage, avec la douille (15) et la première section frontale (20), un premier circuit partiel magnétique, lequel entoure au moins la première bobine (L1) tandis que l'entrefer ou les entrefers de travail sont ouverts au maximum avec la deuxième section frontale (30) ;
et dans lequel l'ancrage (40) forme dans la deuxième position finale de levage avec la douille (15) et la deuxième section frontale (30) un deuxième circuit partiel magnétique, lequel entoure au moins la deuxième bobine (L2), tandis que l'entrefer ou les entrefers de travail sont ouverts au maximum avec la première section frontale (20).
dans lequel le premier aimant permanent (PM1) met sous une tension magnétique la douille (15) et la première section frontale (20) et le deuxième aimant permanent (PM2) met sous une tension magnétique la douille (15) et la deuxième section frontale (30).
et/ou dans lequel la douille (15) présente entre les deux bobines (L1, L2) une section de circuit magnétique (18), laquelle chevauche dans une direction axiale l'ancrage (40) et l'entoure radialement à la fois dans la première et dans la deuxième position finale de levage, dans lequel la section de circuit magnétique se couple de manière préférée directement magnétiquement à l'ancrage (40,) et/ou dans lequel la première et la deuxième bobine (L1, L2) sont disposées au moins en partie entre la douille (15) et la zone de déplacement de l'ancrage (40) et/ou dans une rainure intérieure et/ou l'évidement de la douille (15).
et/ou dans lequel de manière préférée la commande est configurée de telle sorte que l'accumulateur ou les accumulateurs d'énergie électriques (C1, C2), de préférence les condensateurs, sont chargés en réponse à une activation de la tension d'alimentation, et que l'atteinte d'une tension de seuil définie sur l'accumulateur d'énergie est identifiée par la commande, après quoi celle-ci décharge l'accumulateur ou les accumulateurs d'énergie par l'intermédiaire de l'aimant de levage bistable de telle sorte que celui-ci se déplace dans la direction inverse, en particulier se déplace dans la première position finale de levage.
dans lequel le premier accumulateur d'énergie (C1) peut être déchargé en série par l'intermédiaire des deux bobines (L1, L2) de l'aimant de levage, et dans lequel le deuxième accumulateur d'énergie (C2) peut être déchargé par l'intermédiaire d'une des deux bobines (L1, L2) de l'aimant de levage, dans lequel de manière préférée le deuxième accumulateur d'énergie (C2) peut être déchargé au choix par l'intermédiaire d'une des deux bobines et/ou au choix également en série par l'intermédiaire de deux bobines de l'aimant de levage, dans lequel le circuit électrique est configuré de manière préférée de telle sorte que pour piloter une première direction de déplacement de l'aimant de levage, en particulier de la première dans la deuxième position finale de levage, les deux accumulateurs d'énergie (C1, C2) sont déchargés en série par l'intermédiaire des deux bobines de l'aimant permanent (L1, L2), et pour piloter une deuxième direction de déplacement de l'aimant de levage, en particulier de la deuxième dans la première position finale de levage, le premier accumulateur d'énergie (C1) est déchargé en série par l'intermédiaire des bobines (L1, L2) et le deuxième accumulateur d'énergie (C2) est déchargé par l'intermédiaire seulement d'une des deux bobines (L1, L2), dans lequel le déchargement du deuxième accumulateur d'énergie (C2) est effectué de manière préférée avec un retardement dans le temps pour décharger le premier accumulateur d'énergie (C1), dans lequel le déchargement du deuxième accumulateur d'énergie commence de manière préférée encore avant la survenue de l'opération de réglage, ou
dans lequel les deux bobines (L1, L2) sont branchées en série et présentent une prise médiane, dans lequel le circuit électrique est configuré de telle sorte que le long d'une première direction de déplacement, en particulier d'une direction de déplacement de la première dans la deuxième position finale de levage, les deux accumulateurs d'énergie (C1, C2) sont déchargés par l'intermédiaire des bobines (L1, L2) branchées en série, tandis que pour la direction de déplacement inverse, en particulier pour une direction de la deuxième dans la première position finale de levage, d'abord le premier accumulateur d'énergie (C1) est déchargé par l'intermédiaire des bobines branchées en série (L1, L2), et le deuxième accumulateur d'énergie (C2) est déchargé, avec un retardement dans le temps, par l'intermédiaire de la prise médiane des deux bobines, dans lequel le déchargement du deuxième accumulateur d'énergie (C2) commence de manière préférée encore avant la survenue de l'opération de réglage.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente
- WO2015058742A2 [0002]
- DE102014117702A1 [0003]
- US2004113731A1 [0003]
- US2006231050A1 [0004]
- US4829947A [0004]