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Die
Erfindung betrifft eine elektromagnetische Vorrichtung, bei der
mittels einer Spule ein Anker bewegt wird.
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Zur
elektromagnetischen Steuerung von beispielsweise Weichen zählt es zum
Stand der Technik, Schrittmotoren oder Magnetantriebe einzusetzen. Bei
Schrittmotoren kann eine Vielzahl von Stellungen oder Zwischenstellungen
angefahren werden, es ist jedoch in der Regel eine aufwändige Steuerung
und ggf. Sensorik erforderlich, um ein Anfahren der gewünschten
Positionen zu gewährleisten.
Darüber
hinaus bedingt das Anfahren stets eine gewisse zeitliche Verzögerung.
Auch ist in stromlosem Zustand die Position unbestimmt. Insoweit
günstiger
sind Magnetantriebe, die jedoch in der Anzahl der möglichen Stellungen
stark eingeschränkt
sind. Auch sind diese in unbestromtem Zustand nicht lagestabil.
Insoweit zählt
es zwar bei Linearmagnetantrieben zum Stand der Technik, eine Rastvorrichtung
vorzusehen, welche den Anker in unbestromtem Zustand lagefixiert, doch
weist eine solche Rastvorrichtung den Nachteil auf, dass sie verschleißbehaftet
ist und zudem zusätzliche
Geräusche
verursacht, was bei einer Vielzahl von Anwendungen von Nachteil
ist.
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Vor
diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine elektromagnetische Vorrichtung so auszubilden, dass sie mit
geringem technischen Aufwand eine möglichst große Zahl von lagestabilen und
rastfreien Positionen bildet.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung
und der Zeichnung angegeben.
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Die
elektromagnetische Vorrichtung gemäß der Erfindung weist mindestens
zwei getrennt voneinander bestrombare Spulen auf und ein drehbar gelagertes
gemeinsames Ankerbauteil, das in einer ersten Stellung den magnetischen
Kreis der ersten Spule und in einer zweiten Stellung den magnetischen
Kreis der zweiten Spule schließt.
Es sind darüber
hinaus Federmittel vorgesehen, die das Ankerbauteil bei nicht bestromten
Spulen in einer dazwischen liegenden Zwischen-, vorzugsweise Mittelstellung
halten.
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Grundgedanke
der vorliegenden Erfindung ist es, das Ankerbauteil mittels der
Federmittel bei nicht bestromten Spulen rastfrei in einer Zwischenstellung
zu halten, so dass sich einerseits diese Zwischenstellung selbsttätig und
zuverlässig
einstellt, andererseits dies jedoch rastfrei, d. h. ohne Geräuschentwicklung
und ohne Verschleiß erfolgt.
Auf Grund dieser federmittelbestimmten Zwischenstellung wird eine
zusätzliche
definierte Stellung der Vorrichtung geschaffen, die sowohl im Betrieb
als dritte Stellung, nämlich
beim Abschalten der Bestromung der Spulen definiert erzeugt werden
kann als auch außerhalb
des Betriebs, wenn die Vorrichtung vollständig abgeschaltet ist, eine
definierte Stellung gewährleistet.
Die erfindungsgemäße Ausbildung
ist zudem konstruktiv einfach und somit kostengünstig herstellbar.
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Vorteilhaft
sind dabei die Federmittel vorzugsweise unmittelbar auf das Ankerbauteil
wirksam und zwar derart, dass deren Federkraft in Bewegungsrichtung
des Ankerbauteils und/oder in Gegenrichtung wirksam ist.
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Vorteilhaft
sind die Federmittel vorgespannt, derart, dass diese in der Zwischenstellung
auf den Anker wirksam sind und damit diese Zwischenstellung auch
gegen eine gewisse Gegenkraft beibehalten können.
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Vorteilhaft
ist gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung das Ankerbauteil zweischenklig ausgebildet
und zwischen den Schenkeln drehbar gelagert, derart, dass der eine
Schenkel der ersten und der andere Schenkel der zweiten Spule zugeordnet
ist. Die Schenkel können
dabei grundsätzlich
in frei wählbaren
Winkeln zueinander angeordnet sein, um den örtlichen Raum- oder sonstigen
Anforderungen angepasst zu werden. Vorteilhaft sind die Spulen auf
einem gemeinsamen Jochbauteil angeordnet, so dass die Vorrichtung
mit nur wenigen Bauteilen bei geringem Raumbedarf realisierbar ist.
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Wenn,
was gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung von Vorteil ist, die Spulen nebeneinander angeordnet
sind, dann können
sie einen gemeinsamen, zwischen den Spulen angeordneten Jochabschnitt
aufweisen. Da die Spulen typischerweise einzeln und nicht gleichzeitig
bestromt werden, kann ein einfach dimensionierter Jochabschnitt
für beide
Spulen genutzt werden, wodurch Material und Bauraum gespart wird.
Dabei sind die Spulen vorzugsweise parallel zueinander angeordnet,
da dann besonders platzsparend ein doppel-W-förmiges Jochbauteil und ein
dieses an einer Seite abschließendes,
weitgehend geradliniges Ankerbauteil, also ein Bauteil einfacher
Geometrie Verwendung finden kann.
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Dabei
ist vorteilhaft der gemeinsame Jochabschnitt des Jochbauteils mit
dem Ankerbauteil magnetisch wirksam verbunden, und zwar bevorzugt
in dem Bereich zwischen den Schenkeln, also dort, wo das Ankerbauteil
drehbar gelagert ist.
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Die
Federmittel können
gemäß der Erfindung
durch eine oder auch mehrere Druck-, Zug- oder Torsionsfedern gebildet
sein. Bevorzugt sind die Federmittel gemäß der Erfindung durch Druckfedern gebildet,
und zwar so, dass sie vorzugsweise jeweils einen Schenkel des Ankerbauteils
kraftbeaufschlagen. Eine solche Anordnung führt zu kleinen Baugrößen. Ungeachtet
dessen ist es auch denkbar, die Federmittel zu beiden Seiten nur
eines Schenkels angreifen zu lassen, um die Zwischenstellung bei
nicht bestromten Spulen definiert zu erreichen. Die Federn sind
dabei so angeordnet und dimensioniert, dass sich die durch die Federkräfte auf
das Ankerbauteil wirkenden Momente in der Zwischenstellung aufheben,
so dass das Ankerbauteil in der Zwischenstellung kraft- und momentausgeglichen
ist.
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Jochbauteil
und Ankerbauteil müssen
aus magnetisch leitendem Material gebildet sein, das Jochbauteil
kann typischerweise als Blechpaket, das Ankerbauteil als Profilabschnitt,
Gussteil oder in sonstiger Weise formgebend aus magnetisch leitendem
Material gebildet sein. Die typischerweise einstückig mit dem Jochbauteil ausgebildeten
Spulenkerne dienen zur Aufnahme der typischerweise aus elektrisch
gut leitenden Metalldrähten
(Kupfer) gebildeten Spulen. All diese Bauteile, d. h. Jochbauteil
mit Spulenkern, Ankerbauteil, die Spulen sowie die Federmittel sind
zweckmäßigerweise
in einem gemeinsamen, z. B. aus Kunststoff bestehenden Gehäuse oder
Teilgehäuse
angeordnet.
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Kostengünstig in
der Herstellung, raumsparend in der Anordnung und hinsichtlich der
aufzubringenden Kräfte
besonders geeignet ist eine Blattfeder, die innerhalb des Gehäuses eingespannt
ist und sich zwischen Ankerbauteil und Gehäuse erstreckt. Diese die Federmittel
bildende Blattfeder wirkt zweckmäßigerweise
auf beide Schenkel als Druckfeder und ist hier besonders geeignet,
da die Federwege typischerweise kurz sind. Alternativ kann auch
eine entsprechende Drahtfeder vorgesehen sein.
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Um
die Drehbewegung des Ankerbauteils nutzen zu können, ist es vorteilhaft, das
Ankerbauteil drehfest mit einer Welle zu verbinden und diese Welle
drehbar innerhalb des Gehäuses
zu lagern und aus diesem herauszuführen, so dass die Vorrichtung lediglich
gehäuseseitig
befestigt werden muss, um die Drehbewegung der Welle zur Positionierung
beispielsweise einer Klappe oder dergleichen mittels der Welle nutzen
zu können.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist vielseitig einsetzbar, besonders vorteilhaft als Antrieb für eine Sortierweiche
in einer Sortiereinrichtung oder einer Sortieranlage, beispielsweise
zum Sortieren von Geld oder von Post.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
stark vereinfachter Explosionsdarstellung den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
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2 in
vergrößerter Darstellung
einen Querschnitt durch die montierte Vorrichtung gemäß 1.
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Die
anhand der 1 und 2 dargestellte Vorrichtung
weist ein aus Transformatorblechen aufgebautes Jochbauteil 1 auf,
welches zwei parallel zueinander angeordnete Spulenkerne 2 sowie
einen dazwischen und parallel zu den Spulenkernen 2 angeordneten
gemeinsamen Jochabschnitt 3 aufweist. Auf der vom gemeinsamen
Jochabschnitt 3 abgewandten Seite der Spulenkerne 2 ist
ebenfalls parallel hierzu jeweils ein Jochabschnitt 4 ausgebildet,
so dass sich die in 2 erkennbare Doppel-W-Form des
Jochbauteils ergibt. Auf den Spulenkernen 2 sitzen eine
erste Spule 5, und zwar auf dem in 2 unten
dar gestellten Spulenkern 2, und eine zweite Spule 6 auf
dem in 2 oben dargestellten Spulenkern 2. Diese
Spulen 5, 6 sind unabhängig voneinander bestrombar.
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Die
Jochabschnitte 3 und 4 sowie die Spulenkerne 2 sind
nahe ihren Enden magnetisch durch ein Ankerbauteil 7 verbunden,
das drehbar um eine Achse 8 gelagert ist und einen ersten
Schenkel 9 aufweist, der in 2 nach unten
gerichtet ist und mit der Spule 5 zusammenwirkt, sowie
einen zweiten Schenkel 10, der in 2 nach oben
gerichtet ist und mit der zweiten Spule 6 zusammenwirkt.
Der gemeinsame Jochabschnitt 3 ist mit geringem Spiel bis
an den mittleren Teil des Ankerbauteils 7 herangeführt, das
in diesem Bereich entsprechend gerundet ausgebildet ist, so dass
sich der Abstand zwischen dem freien Ende des gemeinsamen Jochabschnitts 3 und dem
Ankerbauteil 7 bei Schwenkbewegungen des Ankerbauteils 7 um
die Achse 8 herum nicht verändert und somit der magnetische
Fluss über
den gemeinsamen Jochabschnitt 3 zum Ankerbauteil 7 hin bzw.
umgekehrt gewährleistet
ist.
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Die
Funktion der durch Jochbauteil 1 mit den darauf sitzenden
Spulen 5 und 6 und Ankerbauteil 7 gebildeten
elektromagnetischen Vorrichtung ist an sich bekannt. Bei Bestromung
der Spule 5 wird der Schenkel 9 an den Spulenkern 2 dieser
Spule 5 gezogen und das Ankerbauteil 7 in Darstellung
gemäß 2 gegen
den Uhrzeigersinn bewegt. Bei Bestromung der Spule 6 wird
das Ankerbauteil 7 um die Achse 8 in 2 im
Uhrzeigersinn geschwenkt und der magnetische Kreis der Spule 6 geschlossen.
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Um
sicherzustellen, dass bei Nichtbestromung der Spulen 5, 6 das
Ankerbauteil 7 die in 2 dargestellte
neutrale Zwischenstellung einnimmt, in welcher die Schenkel 9 und 10 mit
Abstand zu den Spulenkernen 2 angeordnet sind, ist eine
Blattfeder 11 vorgesehen. Diese Blattfeder 11,
die sich im Wesentlichen parallel zum Ankerbauteil 7 erstreckt,
ist endseitig innerhalb eines Gehäuses 12 eingespannt, und
zwar in der in 1 dargestellten unteren Gehäusehälfte 12a.
Die Blattfeder 11 ist vorgespannt, derart, dass sie mit
je einem Abschnitt 11a bzw. 11b auf den Schenkel 10 bzw.
den Schenkel 9 drückt
und zwar derart, dass auf den Schenkel 9 in 2 eine entgegen
Uhrzeigersinn gerichtete Kraft ausgeübt wird, wohingegen auf den
Schenkel 10 eine in 2 im Uhrzeigersinn
wirkende Kraft ausgeübt
wird. Da die Kraftangriffspunkte der Abschnitte 11a und 16 im gleichen
Abstand von der Achse 8 sind, sind die dadurch gebildeten
Momente gleich hoch, so dass das Ankerbauteil 7 in der
in 2 dargestellten Zwischenstellung fixiert ist,
wenn die Spulen 5 und 6 nicht bestromt sind.
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Um
die Drehbewegung des Ankerbauteils 7 nach außen hin
zu übertragen,
ist eine Welle 13 vorgesehen, die drehfest mit dem Ankerbauteil 7 verbunden
ist und deren freies Ende durch das Gehäuse 12 nach außen geführt ist
und dort mechanisch mit dem entsprechend zu steuernden Teil einer
Weiche verbunden werden kann. Auf der Welle 13 sitzen zwei
Lager 14, mit denen das Ankerbauteil 7 zu beiden
Seiten innerhalb des Gehäuses 12 gelagert
ist, und zwar zum einen in der unteren Gehäusehälfte 12a und zum anderen
in der oberen Gehäusehälfte 12b.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist die Blattfeder 12 in seitlichen Ausnehmungen zwischen den
Gehäusehälften 12a und 12b einerseits
sowie im Bereich zwischen einer Stirnseite des Gehäuses 12 und
dem Ankerbauteil 7 formschlüssig gehalten. Die Gehäusehälften 12a und 12b,
welche die Lager, das Jochbauteil 1, das Ankerbauteil 7 sowie
die Feder 11 aufnehmen, sind über zwei Zapfen 15 unter
Einschluss des Jochbauteils 1 miteinander verbunden. Das
Jochbauteil 1 weist hierzu zwei Ausnehmungen 16 auf,
in welche die Zapfen 15 eingreifen. Das Gehäuse 12 ist
als Teilgehäuse
ausgebildet, umgibt den Jochbauteil 1 also nur in Teilbereichen
(oben, unten und teilweise seitlich) wie aus 1 ersichtlich
ist.
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- 1
- Jochbauteil
- 2
- Spulenkerne
- 3
- gemeinsamer
Jochabschnitt
- 4
- seitliche
Jochabschnitte
- 5
- erste
Spule
- 6
- zweite
Spule
- 7
- Ankerbauteil
- 8
- Achse
des Ankerbauteils
- 9
- erster
Schenkel des Ankerbauteils
- 10
- zweiter
Schenkel des Ankerbauteils
- 11
- Blattfeder
- 11a
- Andruckabschnitt 12 der
Feder
- 11b
- Andruckabschnitt 12 der
Feder
- 12
- Gehäuse
- 12a
- untere
Gehäusehälfte
- 12b
- obere
Gehäusehälfte
- 13
- Welle
- 14
- Lager
- 15
- Zapfen
- 16
- Ausnehmungen