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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Elektromagneten zum Verstellen eines Stellglieds nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2006 000 746 A1 ist ein Elektromagnet zum Verstellen eines Stellglieds bekannt. Der Elektromagnet umfasst eine bestrombare Spuleneinheit, eine durch die Spuleneinheit aus einer ersten Endlage in eine zweite Endlage bewegbare Ankereinheit, die mit dem Stellglied wirkverbunden ist, und eine Federeinheit zur Rückstellung der Ankereinheit aus der zweiten Endlage in die erste Endlage.
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Aus der
DE 10 2006 031 508 A1 ist ein Elektromagnet zum Verstellen eines Stellglieds bekannt. Der Elektromagnet umfasst eine Ankereinheit mit einem Anker, die von einer Spuleneinheit umgeben ist. Die Ankereinheit weist ein Sperrelement auf, das durch Schwenken des Ankers in eine erste Richtung in Eingriff mit den Zähnen eines Zahnrads und durch Schwenken des Ankers in eine zweite Richtung aus dem Eingriff mit den Zähnen des Zahnrads bringbar ist. Durch Bestromen der Spuleneinheit wird ein Moment auf den Anker ausgeübt, der das Sperrelement in Eingriff mit dem Zahnrad bringt oder aus dem Eingriff des Zahnrads entfernt. Zudem kann eine Schwenkbewegungsrichtung des Ankers durch Bestromen der Spuleneinheit bewirkt werden und eine entgegen gesetzte Schwenkbewegung des Ankers kann durch die Federkraft einer Federeinheit bewirkt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Elektromagnet mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Ankereinheit über die mindestens eine Federeinheit in eine zwischen den beiden Endlagen liegende Ausgangslage bewegbar ist. In vorteilhafter Weise können mit dem erfindungsgemäßen Elektromagneten aus der durch die Federeinheit vorgegebenen Ausgangslage heraus zwei verschiedene Schaltstellungen eingestellt werden. Damit sind auf einfache Weise drei Verstellpositionen bzw. Schaltpositionen der Ankereinheit bzw. des Stellglieds möglich. Hierdurch können kurze Verstellzeiten der Ankereinheit bzw. des Stellglieds erreicht werden, wobei der erfindungsgemäße Elektromagnet in vorteilhafter Weise hohen Beschleunigungen ausgesetzt werden kann.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Elektromagneten möglich.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromagneten umfasst die Ankereinheit einen um eine Achse schwenkbaren Ankerring. In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromagneten umfasst die Spuleneinheit einen innerhalb des Ankerrings angeordneten Spulenring. Dadurch wird ein einfacher und kostengünstiger Aufbau des Elektromagneten ermöglicht, durch welchen sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige und störungsfreie Funktion ergibt. Die zwischen der Spuleneinheit und der Ankereinheit wirkenden elektromagnetischen Kräfte können aufgrund der kompakten Bauweise effektiv umgesetzt werden.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromagneten sind an dem Spulenring vier voneinander beabstandete Spulen angeordnet. Hierbei können jeweils zwei im Wesentlichen einander gegenüberliegende Spulen die Ankereinheit in jeweils eine erste Endlage oder eine zweite Endlage bewegen. In vorteilhafter Weise können hierdurch aus der Ausgangslage heraus zwei verschiedene Schaltstellungen in umgekehrter Drehrichtung geschaltet werden, wodurch sich geringe Verstellzeiten des Stellglieds ergeben. Hieraus ergibt sich ein einfach und kostengünstig aufgebauter Elektromagnet, der in zwei Drehrichtungen schalten und gleichzeitig hohen Beschleunigungen ausgesetzt werden kann. In vorteilhafter Weise haben die stark wechselnden Beschleunigungen keinen Einfluss auf die Funktion und auf die Verstellzeiten des Stellglieds.
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Besonders bevorzugt ist der Spulenring als ferromagnetisches Kernelement ausgeführt. Eine besonders gute Wirkung des bestromten Spulenrings kann durch einen elektrisch leitfähigen Werkstoff aus ferromagnetischem Stahl erzielt werden. Der Spulenring kann beispielsweise am Gehäuse des Elektromagneten befestigt sein.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromagneten umfasst die mindestens eine Federeinheit eine Blattfeder, die in einem im Ankerring und im Spulenring verlaufenden Schlitz angeordnet ist. Bevorzugt ist die Blattfeder in ihrer Mitte am Spulenring befestigt. Durch diese bauraumsparende Anordnung ist die Blattfeder in vorteilhafter Weise leicht montierbar und kostengünstig herstellbar. Die Blattfeder ist für die auftretenden wechselnden Zug-/Druck-Belastungen, insbesondere bei hohen Lastspielwechseln, besonders gut geeignet. Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektromagneten ist in vorteilhafter Weise ein Federelement ausreichend, um drei Schaltstellungen der Ankereinheit vorzusehen und einzustellen.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromagneten ist die mindestens eine Federeinheit an einem mit dem Spulenring feststehenden Gehäuse des Elektromagneten befestigt und greift tangential und/oder radial von außen und/oder innen an der Ankereinheit an. In vorteilhafter Weise ermöglicht diese Ausgestaltung ein Freihalten des Raumes innerhalb des ringförmigen Stators. Bevorzugt sind Einzelfedern der Federeinheit axial zur Ankereinheit symmetrisch angeordnet, wodurch im Betrieb des Elektromagneten beim Bewegen der Ankereinheit durch die Spuleneinheit Querkräfte auf die Ankereinheit vermieden werden können.
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Der erfindungsgemäße Elektromagnet kann beispielsweise als Bestandteil eines Crashboxsystems eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, um die Eigenschaften des Crashboxsystems vor und/oder während eines Aufpralls gezielt zu verändern.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Elektromagneten mit einer Spuleneinheit, einer Federeinheit und einer Ankereinheit in einer zwischen einer ersten Endlage und einer zweiten Endlage liegenden Ausgangslage.
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2 zeigt den Elektromagneten aus 1 mit der Ankereinheit in der ersten Endlage.
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3 zeigt den Elektromagneten aus 1 mit der Ankereinheit in der zweiten Endlage.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 bis 3 zeigen einen Elektromagneten 10 zum Verstellen eines hier nicht dargestellten Stellglieds. Der Elektromagnet 10 umfasst eine bestrombare Spuleneinheit 12, eine Ankereinheit 18 und mindestens eine Federeinheit 20. Vorzugsweise ist die Spuleneinheit 12 als Stator und die Ankereinheit 18 als Rotor des Elektromagneten 10 ausgeführt. Die Spuleneinheit 12 bewegt die Ankereinheit 18 zwischen zwei Endlagen 14, 16, wobei eine erste Endlage 14 in 2 und eine zweite Endlage 16 in 3 dargestellt ist. Die Ankereinheit 18 ist mit dem Stellglied wirkverbunden. Die mindestens eine Federeinheit 20 ist zur Rückstellung der Ankereinheit 18 vorgesehen.
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Um kurze Verstellzeiten des Stellglieds zu erreichen, ist die Ankereinheit 18 über die mindestens eine Federeinheit 20 in eine zwischen den beiden Endlagen 14, 16 liegende Ausgangslage 30 bewegbar.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ankereinheit 18 einen um eine zur Blattebene senkrechte Achse 22 schwenkbaren Ankerring 24, und die Spuleneinheit 12 umfasst einen in dem Ankerring 24 angeordneten Spulenring 26. Der Spulenring 26 ist an einem hier nicht dargestellten Gehäuse des Elektromagneten 10 befestigt. In vorteilhafter Weise ist der Spulenring 26 als ferromagnetisches Kernelement ausgeführt. Die Ankereinheit 18 bzw. der Ankerring 24 sind im Gehäuse des Elektromagneten 10 oder am Spulenring 26 der Spuleneinheit 12 rotatorisch bzw. drehbar gelagert, was aus den Zeichnungen nicht ersichtlich ist.
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Vorzugsweise sind am Spulenring 26 vier voneinander beabstandete Spulen 28a, 28b, 28c, 28c angeordnet, wobei diese bevorzugt symmetrisch zu den beiden Symmetrieachsen des Spulenrings 26 angeordnet sind. Jeweils zwei der im Wesentlichen einander gegenüberliegenden Spulen 28a, 28c; 28b, 28d bewegen die Ankereinheit 18 in jeweils die erste Endlage 14 oder die zweite Endlage 16. Dies bedeutet, dass die Spulen 28a und 28c die Ankereinheit 18 in die erste Endlage 14, welche in 2 dargestellt ist, und die Spulen 28b und 28d die Ankereinheit 18 in die zweite Endlage 16 bewegen, welche in 3 dargestellt ist. Diese Eigenschaft ist durch das Prinzip der Reluktanz bei elektromechanischen Stellern begründet.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die mindestens eine Federeinheit 20 eine Blattfeder, die in einem im Ankerring 24 und im Spulenring 26 verlaufenden Schlitz 32 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Blattfeder 20 in ihrer Mitte 34 am Spulenring 26 befestigt.
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Alternativ hierzu kann die mindestens eine Federeinheit 20 an dem mit dem Spulenring 26 feststehenden Gehäuse des Elektromagneten befestigt sein und tangential und/oder radial von außen und/oder innen an der Ankereinheit 18 angreifen. Alternativ zur Ausführung der mindestens einen Federeinheit 20 als Blattfeder, ist auch eine Spiralfeder, eine Drehfeder und/oder eine Schraubenfeder als Federeinheit 20 denkbar. Soll beispielsweise der Raum innerhalb der ringförmigen Spuleneinheit 12 frei bleiben, so bieten sich zum Beispiel mehrere als Schraubenfedern ausgeführte Federeinheiten 20 an, die tangential an der Ankereinheit 18 angreifen und an dem mit der Spuleneinheit 12 feststehenden Gehäuse des Elektromagneten 10 befestigt sind. Auch radial von außen oder innen angreifende als Zugfedern ausgeführte Federeinheiten 20 können die Ankereinheit 18 in ihre Ausgangslage 30 zurückziehen. Bevorzugt sind die Federeinheiten 20 axial zur Ankereinheit 18 symmetrisch angeordnet, wodurch im Betrieb des Elektromagneten 10 beim Bewegen der Ankereinheit 18 durch die Spuleneinheit 12 Querkräfte auf die Ankereinheit 18 vermieden werden können.
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1 zeigt den erfindungsgemäßen Elektromagneten 10 in Ruhelage, wobei sich die Ankereinheit 18 in ihrer Ausgangslage 30 befindet. Die Ankereinheit 18 wird, solange die Spulen 28a, 28b, 28c, 28d nicht bestromt sind, von der Federeinheit 20 in ihrer Ausgangslage 30 gehalten.
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In den 2 und 3 ist der Elektromagnet 10 aktiviert bzw. sind die Spulen 28a, 28c oder 28b, 28d bestromt, wodurch sich die Ankereinheit 18 in einer der beiden Endlagen 14 oder 16 befindet. Werden die Spulen 28a, 28c bestromt und die Spulen 28b, 28d bleiben stromlos, so dreht sich die Ankereinheit 18, wie in 2 dargestellt, bis zu einem hier nicht dargestellten Endanschlag nach rechts in ihre erste Endlage 14. Wird der Strom zurückgenommen, so kehrt die Ankereinheit 18 durch die von der Federeinheit 20 aufgebrachte Federkraft in ihre Ausgangslage 30 zurück. Bei ausschließlicher Bestromung der Spulen 28b, 28d dreht sich die Ankereinheit 18 entsprechend in umgekehrter Richtung zu ihrem zweiten ebenfalls nicht dargestellten Endanschlag nach links in ihre zweite Endlage 16. Wird der Strom zurückgenommen, so kehrt die Ankereinheit 18 durch die von der Federeinheit 20 aufgebrachte Federkraft in ihre Ausgangslage 30 zurück.
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Der erfindungsgemäße Elektromagnet 10 kann beispielsweise als Bestandteil eines Crashboxsystems eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, wobei durch das mit der Ankereinheit 18 gekoppelte Stellelement die Eigenschaften des Crashboxsystems gezielt verändert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006000746 A1 [0002]
- DE 102006031508 A1 [0003]