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Die
Erfindung betrifft einen Hubmagnet.
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Ausgangspunkt
der Erfindung sind solche Hubmagnete, bei denen die Anker und eventuell
daran angebrachte Betätigungsstößel durch
Bestromung von Spulen jeweils aus einer Anfangslage in eine End-
bzw. Hublage verbracht werden und anschließend nach Abschalten des Stroms
mittels mechanischer Rückstellelemente
in die Anfangslage zurückbewegt
werden. Die Rückstellelemente
dieser bekannten Hubmagnete werden von Federelementen gebildet,
die durch die Hubbewegung des Ankers, d.h. durch deren Bewegung
aus der Anfangs- in die Endlage, gespannt werden.
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Bei
der Rückstellbewegung
aus der Hub- in die Anfangslage ändert
sich die von den Federelementen erzeugte Rückstellkraft über den
Rückstellweg
und nimmt entsprechend der Federkennlinien der Federelemente mit
zunehmendem Rückstellweg ab.
In der Anfangslage weist die Rückstellkraft schließlich ihren
geringsten Wert auf oder hat dort den Wert Null. Insbesondere bei
einer vertikalen Einbaulage der Hubmagnete, bei der das Gewicht
des Ankers gegen die Rückstellkräfte wirkt,
oder wenn an dem Anker äußere Kräfte angreifen,
die der Rückstellrichtung
entgegengerichtet sind, ist es aufgrund dieser Kräfte oftmals
nicht möglich,
den Anker exakt in die Anfangslage zurückzustellen.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Hubmagnet
zu schaffen, dessen Anker sowohl in zumindest einer Hublage als
auch in der Anfangslage genau positioniert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Hubmagneten mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen,
der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Der
erfindungsgemäße Hubmagnet
weist zumindest eine bestrombare Spule, ein Ankerbauteil, das durch
Bestromen der Spule aus einer Anfangslage in zumindest eine Hublage
bewegbar ist, und zumindest ein erstes Rückstellelement zum Rückstellen
des Ankerbauteils aus der Hublage in die Anfangslage auf. Gemäß der Erfindung
ist zumindest ein zweites Rückstellelement
vorgesehen, welches das Ankerbauteil bei einer Rückstellbewegung in einem zweiten
Abschnitt der Rückstellbewegung
vor Erreichen der Anfangslage mit einer Rückstellkraft beaufschlagt.
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Das
Ankerbauteil des erfindungsgemäßen Hubmagneten
bildet einen Teil eines von einer Spule angeregten magnetischen
Wirkkreises. Bei dem Ankerbauteil kann es sich sowohl um einen Anker
als auch um einen Anker mit einem daran angebrachten Betätigungsstößel handeln.
Durch Strombeaufschlagung der Spule ist das Ankerbauteil aus einer
Anfangslage in eine in Richtung der Längsachse des Ankerbauteils
beabstandete Hublage bewegbar.
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Mittels
des ersten Rückstellelements
wird auf das Ankerbauteil zum Rückstellen
aus der Hublage in die Anfangslage eine auf die Anfangslage gerichtete
Rückstellkraft
ausgeübt.
Hierzu ist das erste Rückstelleelement
zweckmäßigerweise
als ein Federelement ausgebildet. Dieses Federelement ist in dem
Hubmagneten bevorzugt derart angeordnet, dass es durch die Hubbewegung
des Ankerbauteils gespannt wird.
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Um
das erste Rückstellelement
beim Rückstellen
des Ankerbauteils zu unterstützen,
ist ein zweites Rückstellelement
vorgesehen. Dieses zweite Rückstellelement übt auf das
Ankerbauteil ebenfalls eine zumindest teilweise in Richtung der
Anfangslage des Ankerbauteils gerichtete Rückstellkraft aus. Das zweite
Rückstellelement
ist so ausgebildet und angeordnet, dass es das Ankerbauteil nicht über den gesamten
Rückstellweg
von der Hub- zu der Anfangslage mit einer Rückstellkraft beaufschlagt.
In einem ersten Abschnitt der Rückstellbewegung
des Ankerbauteils, der sich direkt an die Hublage anschließt, wird
von dem zweiten Rückstellelement
keine Rückstellkraft
auf das Ankerbauteil ausgeübt.
Erst in einem in Rückstellrichtung
auf den ersten Abschnitt der Rückstellbewegung
folgenden zweiten Abschnitt der Rückstellbewegung wirkt das zweite Rückstellelement
in Richtung der Anfangslage und unterstützt so das erste Rückstellelement
beim Rückstellen
des Ankerbauteils.
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Der
erste Abschnitt der Rückstellbewegung ist
typischerweise so bemessen, dass in ihm die Spannung des Federelements
bzw. die in diesem gespeicherte potentielle Energie so groß ist, dass
das erste Rückstellelement
dort auch bei Kräften,
die der Rückstellbewegung
entgegenwirken, allein zu einer Rückstellbewegung in der Lage
ist. Der zweite Abschnitt der Rückstellbewegung
beginnt zweckmäßigerweise
dort, wo die von dem ersten Rückstellelement
auf das Ankerbauteil ausgeübten
Rückstellkräfte aufgrund
dessen Entspannung so weit abgenommen haben, dass sie insbesondere
bei einer entgegengesetzt zu der Rückstellrichtung auf das Ankerbauteil
wirkenden Kraft allein nicht mehr ausreichen, das Ankerbauteil in
die Anfangslage zu bewegen. Indem in diesen zweiten Abschnitt der
Rückstellbewegung
der von dem ersten Rückstellelement
ausgeübten
Rückstellkraft
eine von dem zweiten Rückstellelement
ausgeübte
zusätzliche
Rückstellkraft überlagert wird,
ist es vorteilhaft möglich,
das Ankerbauteil genau in seine Anfangslage zu verbringen, auch
wenn an dem Ankerbauteil eine der Rückstellbe wegung entgegen gerichtete
Kraft wirkt. Die Anordnung und Ausgestaltung des zweiten Rückstellelements
sind somit bevorzugt so gewählt,
dass das zweite Rückstellelement
in dem zweiten Abschnitt der Rückstellbewegung
noch eine größere Spannung
aufweist als das erste Rückstellelement.
Vorzugsweise weist das zweite Rückstellelement
zu Beginn des zweiten Abschnitts der Rückstellbewegung seine maximale Spannung
auf.
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Die
Größen von
erstem und zweitem Abschnitt der Rückstellbewegung sind vorteilhafter
Weise an die Leistungscharakteristiken des magnetischen Wirkkreises
und des ersten Rückstellelements,
d.h. an den Verlauf der magnetischen Kraft über den Hubweg und den Verlauf
der Rückstellkraft über den
Rückstellweg
abgestimmt. Um das Ankerbauteil bei der Rückstellbewegung exakt in der
Anfangslage positionieren zu können,
ist es erstrebenswert, in unmittelbarer Nähe der Anfangslage große Rückstellkräfte zur
Verfügung
zu stellen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, den zweiten Abschnitt
der Rückstellbewegung,
während
der das zweite Rückstellelement
das Ankerbauteil zusätzlich
zu dem ersten Rückstellelement
mit einer Rückstellkraft
beaufschlagt, möglichst
klein zu halten. Daher ist der zweite Abschnitt der Rückstellbewegung
zweckmäßigerweise
kürzer
als der erste Abschnitt der Rückstellbewegung.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der der zweite Abschnitt der
Rückstellbewegung
lediglich einen Abschnitt kurz vor Erreichen der Anfangslage bildet.
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In
einer bevorzugten Ausbildung erzeugt das zweite Rückstellelement
eine Kraft quer und vorzugsweise normal zur Richtung der Rückstellbewegung des
Ankerbauteils. Hierbei wirkt das zweite Rückstellelement über ein
Umlenkelement derart auf das Ankerbauteil, dass dieses von dem zweiten
Rückstellelement
mit einer Rückstellkraft
in Richtung der Rückstellbewegung
beaufschlagt wird. Als Umlenkelement kann ein mit dem Ankerbauteil
bewegungsgekoppeltes Bauteil oder ein Bereich des Ankerbauteils selbst
vorgesehen sein, in dem zumindest eine Kraftkomponente der von dem
zweiten Rückstellelement ausgeübten Kraft
in Richtung der Rückstellbewegung,
d.h. in Richtung der Anfangslage des Ankerbauteils umgelenkt wird.
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Vorteilhaft
bildet eine schräg
und vorzugsweise im spitzen Winkel zur Richtung der Rückstellbewegung
gerichtete Anlagefläche
das Umlenkelement, wobei das zweite Rückstellelement auf die Anlagefläche quer
zur Richtung der Rückstellbewegung wirkt.
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Zur
Bildung des Umlenkelements kann an dem Ankerbauteil bevorzugt zumindest
ein Bereich vorgesehen sein, in dem sich der Querschnitt des Ankerbauteils
in Hubrichtung schräg
zu seiner Längsachse
verjüngt.
D.h., in diesem Bereich nimmt der Querschnitt des Ankerbauteils
in Hubrichtung ab und bildet eine bezogen auf seine Längsachse
schräg ausgerichtete
Anlagefläche.
An dieser schrägen
Anlagefläche
des Ankerbauteils wirkt bevorzugt das zweite Rückstellelement, das vorteilhafter
Weise derart ausgebildet ist, dass es die Anlagefläche des
Ankerbauteils mit einer Druckkraft quer zur Längsachse beaufschlagt. Hierbei
ist das zweite Rückstellelement in
dem Hubmagnet derart angeordnet, dass es den sich verjüngenden
Bereich des Ankerbauteils während
dessen Rückstellbewegung
in dem zweiten Abschnitt der Rückstellbewegung
und bevorzugt kurz vor Erreichen der Anfangslage kontaktiert. Die
Anlagefläche
ermöglicht
vorteilhaft eine Kraftumlenkung einer von dem zweiten Rückstellelement
ausgeübten Kraft,
so dass die Wirkrichtung des zweiten Rückstellelements, d.h. die Richtung
des von dem zweiten Rückstellelement
auf das Ankerbauteil ausgeübten Kraft,
in weiten Grenzen von der Rückstellrichtung abweichen
kann. Dementsprechend kann das zweite Rückstellelement besonders platzsparend
in dem erfindungsgemäßen Hubmagnet
angeordnet sein. Zweckmäßigerweise
sind hierbei allerdings der Winkel der Schrägen zur Längsachse des Bauteils und die
Einbaulage des zweiten Rückstellelements
bzw. seine Wirkrichtung so aufeinander abgestimmt, dass das Ankerbauteil über die
schräge
Oberfläche
mit einer ausreichend großen,
in Rückstellrichtung
wirkenden Kraftkomponente von dem zweiten Rückstellelement beaufschlagt
wird.
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Das
zweite Rückstellelement
ist bevorzugt als ein Federelement ausgebildet. Dieses Federelement,
das vorzugsweise von einer Druckfeder gebildet wird, kann derart
ausgebildet und in dem Hubmagnet angeordnet sein, dass es bei der
Hubbewegung des Ankerbauteils aus der Anfangslage in die Hublage
gespannt wird und die so gespeicherte potentielle Energie bei der
Rückstellung
des Ankerbauteils in die Anfangslage in dem zweiten Abschnitt der
Rückstellbewegung
in Form einer in Richtung der Rückstellbewegung
wirkenden Rückstellkraft
abgibt.
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Insbesondere
wenn das zweite Rückstellelement
das Ankerbauteil während
der gesamten Hub- und Rückstellbewegung
an dessen Oberfläche
kontaktiert, ist auf dem Federelement vorteilhaft ein Kontaktkörper vorgesehen,
der an dem Ankerbauteil anliegt. Um die bei der Rückstell- und Hubbewegung zwischen
Ankerbauteil und Kontaktkörper
auftretenden Reibungskräfte
möglichst
gering zu halten, ist dieser Kontaktkörper vorteilhaft als ein Gleit-
oder Wälzkörper ausgebildet,
wobei er vorzugsweise so gestaltet ist, dass er eine möglichst
geringe Kontaktfläche
mit dem Ankerbauteil bildet. Bevorzugt wird der Kontaktkörper von
einer Kugel insbesondere einer Rastkugel gebildet, die Teil einer
Kugelrastverbindung sein kann, mit der das Ankerbauteil in der Anfangslage
festgehalten werden kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hubmagneten
ist dieser als ein Doppelhubmagnet ausgebildet. Hierbei ist das Ankerbauteil
mittels zweier bestrombarer Spulen aus der Anfangslage in zwei von
der Anfangslage in entgegengesetzten Richtun gen beabstandete Hublagen bewegbar.
Dementsprechend stellt die Anfangslage bei dieser Ausgestaltung
des Hubmagneten eine Mittellage dar, die zwischen einer ersten und
einer zweiten Hublage angeordnet ist. Mittels einer ersten Spule
kann das Ankerbauteil aus der Anfangslage in die erste Hublage bewegt
werden. Zur Rückstellung
des Ankerbauteils ist ein erstes Rückstellelement vorgesehen.
Durch Bestromen einer zweiten Spule kann das Ankerbauteil in die
zweite Hublage bewegt werden. Zum Rückstellen des Ankerbauteils
aus der zweiten Hublage ist zweckmäßigerweise ein weiteres erstes
Rückstellelement
vorgesehen. Entsprechend der einander entgegengesetzten Bewegungsrichtungen
beim Rückstellen
des Ankerbauteils aus der ersten und der zweiten Hublage sind die
Wirkrichtungen der beiden ersten Rückstellelemente einander entgegengerichtet.
Hierbei sind die beiden ersten Rückstellelemente
zweckmäßigerweise
so dimensioniert, dass sich die von ihnen auf das Ankerbauteil ausgeübten Rückstellkräfte in der
gewünschten
Anfangslage aufheben.
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Eine
andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hubmagneten sieht an dem
Ankerbauteil eine, vorzugsweise um den Umfang des Ankerbauteils
verlaufende, Nut vor. Diese Nut ist vorteilhaft derart angeordnet,
dass das zweite Rückstellelement bei
sich in der Anfangslage befindlichem Ankerbauteil in die Nut eingreift.
Insbesondere bei einer Ausgestaltung des Hubmagneten als Doppelhubmagnet sind
hierbei beide die Nut begrenzenden Seitenflächen der Nut bezogen auf die
Längsachse
des Ankerbauteils derart schräg
ausgebildet, dass sie am Grund der Nut, d.h. an dem in radialer
Richtung von dem Umfang bzw. der Oberfläche des Ankerbauteils am weitesten
beabstandeten Bereich der Nut, im Wesentlichen schräg aufeinander
zulaufen. Die beiden schrägen
Seitenflächen
der Nut bilden bei dieser Ausgestaltung die Umlenkelemente für das zweite Rückstellelement.
Das zweite Rückstellelement
bzw. die zweiten Rückstellelemente
können
vorzugsweise in der Anfangslage des Ankers in die Nut einrasten, so
dass der Anker genau in der definierten Anfangslage gehalten wird.
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Vorteilhaft
ist die Nut als eine gewölbte
Mulde ausgebildet. D.h., die Querschnittkontur der Nut hat einen
kurvigen Verlauf ungleichmäßiger Steigung,
der an die gewünschte
Charakteristik der Rückstellkraft
in dem zweiten Abschnitt der Rückstellbewegung
angepasst ist.
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Grundsätzlich kann
das zweite Rückstellelement
an beliebiger Stelle des Hubmagneten, d.h. bezogen auf seine Längsachse
im Bereich der Enden wie auch der Mitte, angeordnet sein. In entsprechender
Weise ist ggf. auch die Lage des Umlenkelements, d.h. der bezogen
auf die Längsachse
des Ankerbauteils und die Wirkrichtung des zweiten Rückstellelements
schrägen
Anlagefläche,
beliebig. Diese kann sowohl an dem Anker als auch an einem Betätigungsstößel des
Ankerbauteils z. B. an einem Axialende des Hubmagneten vorgesehen
sein.
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Bevorzugt
weist der erfindungsgemäße Hubmagnet
zumindest einen Kern auf, durch den das zweite Rückstellelement geführt ist.
Als Teil des magnetischen Wirkkreises des Hubmagneten ist der Kern
typischerweise in einer der Spulen angeordnet. Ein Teil des Ankerbauteils,
vorzugsweise ein an diesem vorgesehener Betätigungsstößel ist durch den Kern in axialer
Richtung beweglich geführt.
Bevorzugt weist der Kern eine quer zur Ausrichtung und Bewegungsrichtung
des Betätigungsstößels ausgerichtete
Durchbrechung auf, in der das zweite Rückstellelement so angeordnet
ist, dass es auf den Betätigungsstößel quer
zu dessen Längsachse
wirkt. Zweckmäßigerweise
ist bei dieser Ausgestaltung ein Umlenkelement bzw. schräge Anlagefläche an dem Betätigungsstößel vorgesehen.
Vorteilhafterweise sind durch den Kern zwei einander diametral gegenüberliegende
Rückstellelemente
geführt.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 einen
als Doppelhubmagnet ausgebildeten Hubmagnet in einer Querschnittsansicht,
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2 ein
Kraft-Weg-Diagramm eines konventionellen Doppelhubmagneten und
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3 ein
Kraft-Weg-Diagramm des erfindungsgemäßen Doppelhubmagneten.
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Der
in 1 dargestellte Hubmagnet 2 ist als Doppelhubmagnet 2 ausgebildet.
In dem Doppelhubmagnet 2 ist ein Ankerbauteil 4 durch
das Innere zweier in Richtung einer gemeinsamen Längsachse A
hintereinander angeordneter Spulen 6 und 8 in Richtung
der Längsachse
A verschiebbar angeordnet. Die erste Spule 6 ist auf einem
Spulenkörper 10 gewickelt,
während
die zweite Spule 8 auf einem Spulenkörper 12 gewickelt
ist.
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Das
Ankerbauteil weist einen Anker 14 und einen Betätigungsstößel 16 zum
Betätigen
externer Bauelemente, Geräte
oder Ähnlichem
auf. Der Anker 14 und der Betätigungsstößel 16 können einstückig ausgebildet
sein. Bei dem in 1 dargestellten Ankerbauteil 4 ist
allerdings ein separater Betätigungsstößel 16 konzentrisch
durch den Anker 14 geführt. Hierbei
ist der Betätigungsstößel 16 so
an dem Anker 14 befestigt, dass ein erster Stößelabschnitt 16' des Betätigungsstößels 16 an
dem der ersten Spule 6 zugewandten Ende des Ankers 14 herausragt
und ein zweiter Stößelabschnitt 16'' an dem der zweiten Spule 8 zugewandten
Ende des Ankers 14 herausragt. Der erste Stößelabschnitt 16' des Betätigungsstößels 16 dient
zum Betätigen
eines externen Bauteils.
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In
dem die erste Spule 6 tragenden Spulenkörper 10 ist ein erster
Kern 18 angeordnet, der an dem von der zweiten Spule 8 bzw.
dem Spulenkörper 12 abgewandten
Ende des Spulenkörpers 10 in
diesen eingreift. In ähnlicher
Weise ist in dem die zweite Spule 8 tragenden Spulenkörper 12 ein
zweiter Kern 20 angeordnet. Dieser greift in den Spulenkörper 12 an
dem von der ersten Spule 6 bzw. dem Spulenkörper 10 abgewandten
Ende des Spulenkörpers 12 ein.
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Konzentrisch
zur Längsachse
A des Ankerbauteils 4 weisen der erste Kern 18 eine
Durchbrechung 22 und der zweite Kern 20 eine Durchbrechung 24 auf,
wobei der Stößelabschnitt 16' aus der Durchbrechung 22 herausragt
und der Stößelabschnitt 16'' in die Durchbrechung 24 hineinragt.
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Die
Kerne 18 und 20 sind als Konuskerne ausgebildet,
d.h., jeweils an der dem Anker 14 zugewandten Ende der
Kerne 18 und 20 ist ein Endbereich vorgesehen,
der sich kegelförmig
in Richtung des Ankers 14 verjüngt. Korrespondierend zu diesen kegelförmigen Endbereichen
der Kerne 18 und 20 weist der Anker 14 an
seiner dem Kern 18 zugewandten Seite eine hohlkegelförmige Ausnehmung 25 und an
seiner dem Kern 20 zugewandten Seite eine hohlkegelförmige Ausnehmung 26 auf.
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Die
hohlkegelförmigen
Ausnehmungen 25 und 26 des Ankers 14 sind
jeweils derart gestaltet, dass sie an der Ausnehmung 25 eine
den Betätigungsstößel 16 umgebende
Anlageschulter 28 und an der Ausnehmung 26 eine
den Betätigungsstößel 16 umgebende
Anlageschulter 30 bilden. Die Durchbrechungen 22 und 24 der
Kerne 18 und 20 weisen jeweils in ihrem dem Anker 14 zugewandten
Endbereich einen Absatz auf. Der in der Durchbrechung 22 vorgesehene
Absatz bildet eine den Betätigungsstößel 16 umgebende
Federabstützung 32 und
der in der Durchbrechung 24 vorgesehene Absatz eine den Betätigungsstößel 16 umgebende
Federabstützung 34.
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Zwischen
dem Anker 14 und dem ersten Kern 18 ist ein erstes
Rückstellelement 36 angeordnet.
Dieses Rückstellelement 36 stützt sich
einerseits an der in der Durchbrechung 22 des ersten Kerns 18 ausgebildeten
Federabstützung 32 und
andererseits an einer dieser Federabstützung 32 gegenüberliegend
angeordneten Ringscheibe 38 ab, die auf der ankerseitigen
Anlageschulter 28 aufliegt. In ähnlicher Weise ist zwischen
dem Anker 14 und dem zweiten Kern 20 ein weiteres
erstes Rückstellelement 40 angeordnet.
Das Rückstellelement 40 stützt sich
sowohl an der in der Durchbrechung 24 des zweiten Kerns 20 ausgebildeten
Federabstützung 34 wie auch
an einer Ringscheibe 42 ab, die auf der ankerseitigen Anlageschulter 30 aufliegt.
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Die
beiden ersten Rückstellelemente 36 und 40 werden
von als Druckfedern ausgebildeten Schraubenfedern 36 und 40 gebildet,
wobei die Schraubenfeder 36 den Betätigungsstößel 16 des Ankerbauteils
4 im Bereich des Stößelabschnitts 16' umgibt und
die Schraubenfeder 40 den Betätigungsstößel 16 im Bereich
des Stößelabschnitts 16'' umgibt.
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Über einen
elektrischen Anschluss 44 ist der Doppelhubmagnet 2 mit
einer nicht dargestellten Steuerungseinrichtung leitungsverbunden.
Mit dieser Steuerungseinrichtung ist wahlweise die erste Spule 6 oder
die zweite Spule 8 bestrombar. Hierdurch kann das Ankerbauteil 4 in
zwei von einer Anfangslage in entgegengesetzten Richtungen beabstandete Hublagen
bewegt werden. In 1 ist das Ankerbauteil 4 in
seiner zwischen den beiden Hublagen befindlichen Anfangslage dargestellt.
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Wird
die erste Spule 6 bestromt, wird ein erster magnetischer
Wirkkreis aufgebaut, der sich über ein
in 1 nicht dargestelltes Gehäuse oder Joch, eine zwischen
den Spulenkörpern 10 und 12 angeordnete
erste Polplatte 46, den Anker 14, den Kern 18 sowie
ein an dem Spulenkörper 10 anliegendes Magnetjoch 48 erstreckt.
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Durch
Bestromung der zweiten Spule 8 kann in analoger Weise ein
zweiter magnetischer Wirkkreis aufgebaut werden, der sich über ein
Gehäuse oder
Joch des Hubmagneten, eine ebenfalls zwischen den Spulenkörpern 10 und 12 angeordnete zweite
Polplatte 50, den Kern 20 sowie ein an dem Spulenkörper 12 anliegendes
Magnetjoch 52 erstreckt.
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Bei
bestromter Spule 6 wird das Ankerbauteil 4 von
dem Kern 18 angezogen und der Stößelabschnitt 16' in seine erste
Hublage weiter aus dem Hubmagneten 2 herausbewegt. Gleichzeitig
wird die Schraubenfeder 36 zusammengedrückt bzw. gespannt. Soll das
Ankerbauteil 4 wieder in seine Anfangslage zurückbewegt
werden, wird die Bestromung der Spule 6 beendet. Die Schraubenfeder 36 kann
sich enspannen, wodurch das Ankerbauteil 4 durch die Federkraft
in Richtung seiner Anfangslage bewegt wird. In der Anfangslage wird
das Ankerbauteil 4 schließlich von den dort einander
entgegenwirkenden Schraubenfedern 36 und 40 in
einer Gleichgewichtslage gehalten.
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Wirken
an dem Ankerbauteil 4 äußere Kräfte, die
der Rückstellrichtung
entgegengerichtet sind, ist es mit der Schraubenfeder 36 allein
nicht mehr möglich,
das Ankerbauteil 4 genau in seine Anfangslage zu bewegen.
Aus diesem Grund sind zwei zweite Rückstellelemente 54 vorgesehen,
die als Federelemente mit jeweils einer Schraubenfeder 56 und
einem auf der Schraubenfeder 56 gelagerten kugelförmigen Kontaktkörper 58,
ausgebildet sind.
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Jedes
der zweiten Rückstellelemente 54 ist in
dem Hubmagnet 2 durch den Kern 18 geführt angeordnet,
wobei an dem Kern 18 zwei einander diametral gegenüberliegende
Durchbrechungen 60 zur Aufnahme jeweils eines zweiten Rückstellelements 54 dienen.
Die Durchbrechungen 60 verlaufen durch den Kern 18 in
radialer Richtung zu dem durch den Kern 18 geführten Betätigungsstößel 16.
Entsprechend wirken die Rück stellelemente 54 in
radialer Richtung auf den Umfang des Betätigungsstößels 16 im Bereich
des Stößelabschnitts 16'.
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Wird
ein in der ersten Hublage befindliches Ankerbauteil 4 in
Richtung der Anfangslage bewegt, übt das zweite Rückstellelement 54 in
einem ersten Abschnitt der Rückstellbewegung
auf das Rückstellelement
keine Rückstellkraft
aus, da der kugelförmige
Wälzkörper 58 auf
einer zu der Längsachse
A des Ankerbauteils parallelen Linie auf der Oberfläche des Betätigungsstößels 16 gleiten
bzw. abrollen kann. Dies ändert
sich in einem zweiten Abschnitt der Rückstellbewegung, in dem die
Kontaktkörper 58 einen
Oberflächenbereich
des Betätigungsstößels 16 kontaktieren,
der eine muldenförmige
Nut 62 bildet. Indem die Seitenflächen der Nut 62 schräg zur Richtung
der Rückstellbewegung
gerichtet sind, bilden sie Umlenkelemente, in denen eine Komponente
der radial auf den Betätigungsstößel 16 wirkenden
Kraft der zweiten Rückstellelemente 54 in
Rückstellrichtung
des Ankerbauteils 4 umgelenkt wird, so dass die zweiten
Rückstellelemente 54 eine
zusätzliche
Rückstellkraft
zur Verfügung
stellen. In der Anfangslage halten die zweiten Rückstellelemente 54 den
Betätigungsstößel 16 und
damit das Ankerbauteil 4 in Art einer Kugelrastverbindung
exakt in der gewünschten Position.
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Nachfolgend
wird der Vorteil eines Doppelhubmagneten 2 gemäß der Erfindung
im Vergleich zu einem herkömmlichen
Magneten anhand der in den 2 und 3 dargestellten
Kaft-Weg-Diagramme aufgezeigt.
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2 zeigt
den Verlauf X1 einer Rückstellkraft
F über
den Weg S, die von einem ersten Rückstellelement 36 eines
konventionellen Doppelhubmagneten über den Rückstellweg S in einer ersten
Richtung Z1 der Rückstellbewegung
bis zum Erreichen einer Anfangslage M auf ein Ankerbauteil 4 ausgeübt wird.
Darüber
hinaus ist in 2 der Verlauf X2 einer zweiten
Rückstellkraft,
die von einem weiteren ersten Rückstellelement 40 über den
Rückstellweg
S bei einer Rückstellbewegung
in einer zweiten, der ersten Richtung Z1 entgegengesetzten Richtung
Z2 erzeugt wird, dargestellt.
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In 3 sind
die Verläufe
Y1 und Y2 zweier einander entgegengerichteter Rückstellkräfte dargestellt. Hierbei ist
der Kraftverlauf Y1 einer sowohl von einem ersten Rückstellelement 36 als
auch von einem zweiten Rückstellelement 54 bei
der Rückstellbewegung
in Richtung Z1 ausgeübten
resultierenden Rückstellkraft
zuzuordnen und der Kraftverlauf Y2 einer sowohl von einem ersten
Rückstellelement 40 als auch
von einem zweiten Rückstellelement 54 bei
der Rückstellbewegung
Z2 ausgeübten
resultierenden Rückstellkraft
zuzuordnen.
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In
den 2 und 3 sind die Kraftverläufe X1,
X2, Y1 und Y2 der jeweils auf das Ankerbauteil 4 wirkenden
Rückstellkraft
auf dem letzten Abschnitt des Rückstellwegs
kurz vor Erreichen der Anfangslage M (z. B. ca. 5 mm vor Erreichen
der Anfangslage) dargestellt. Die in 3 dargestellten,
an die Anfangslage M angrenzenden Rückstellwege in den Richtungen
Z1 und Z2 entsprechen den Rückstellwegen,
auf denen das zweite Rückstellelement 54 den Betätigungsstößel 16 im
Bereich einer muldenförmigen
Nut 62 kontaktiert, d.h., es handelt sich um den zweiten
Abschnitt der Rückstellbewegung,
in dem das zweite Rückstellelement 54 auf
den Betätigungsstößel 16 bzw.
das Ankerbauteil 4 eine zusätzliche zweite Rückstellkraft
ausübt,
die der von dem ersten Rückstellelement 36 bzw. 40 ausgeübten Rückstellkraft überlagert
ist. Die in 2 dargestellten Rückstellwege
entsprechen entfernungsmäßig den
in 3 dargestellten Rückstellwegen.
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Die
in 2 gezeigten Kraftverläufe X1 und X2 haben einen linearen
Verlauf, wobei je nach Rückstellrichtung
Z1 oder Z2 die von dem Rückstellelement 36 bzw. 40 auf
das Ankerbauteil 4 ausgeübte Rückstellkraft mit zunehmenden
Rückstellweg
linear abnimmt und bei Erreichen der Anfangslage M den Wert 0 hat.
Wie den in 3 dargestellten Kraftver läufen Y1
und Y2 zu entnehmen ist, nimmt die von dem ersten Rückstellelement 36 bzw. 40 und
dem zweiten Rückstellelement 54 gemeinsam
erzeugte Rückstellkraft
ebenfalls ab und erreicht in der Anfangslage den Wert 0, allerdings
erfolgt die Kraftabnahme in Richtung der Anfangslage M progressiv, d.h.,
die Rückstellkraft
nimmt in dem Bereich kurz vor Erreichen der Anfangslage M zunächst über weite Strecken
deutlich geringer als bei dem in 2 verwendeten
herkömmlichen
Doppelhubmagneten ab, um dann in unmittelbarer Nähe der Anfangslage M sehr steil
auf den Wert Null zu sinken. So ist in einer Entfernung H von der
Anfangslage M die von dem ersten Rückstellelement 36 und
dem zweiten Rückstellelement 54 gemeinsam
erzeugte Rückstellkraft in 3 etwa
dreimal so groß,
wie die in gleicher Entfernung H von der Anfangslage allein von
dem Rückstellelement 36 erzeugten
Rückstellkraft
in 2. Dies macht deutlich, dass der erfindungsgemäße Doppelhubmagnet 2 eine
sichere Rückstellung
des Ankerbauteils 4 in die Anfangslage M auch bei solchen
der Rückstellbewegung
entgegengerichteten Kräften
gewährleisten
kann, die bei einem herkömmlichen
Doppelhubmagneten mit den in 2 dargestellten
Kraftverläufen
dazu führen
würden,
dass das Ankerbauteil 4 aufgrund einer zu kleinen Rückstellkraft
gar nicht seine Anfangslage M erreicht. Darüber hinaus wird das Ankerbauteil 4 aufgrund
der großen Rückstellkräfte zu beiden
Seiten der Anfangslage M sicher in dieser gehalten.
-
- 2
- Hubmagnet,
Doppelhubmagnet
- 4
- Ankerbauteil
- 6
- Spule
- 8
- Spule
- 10
- Spulenkörper
- 12
- Spulenkörper
- 14
- Anker
- 16
- Betätigungsstößel
- 16'
- Stößelabschnitt
- 16''
- Stößelabschnitt
- 18
- Kern
- 20
- Kern
- 22
- Durchbrechung
- 24
- Durchbrechung
- 25
- Ausnehmung
- 26
- Ausnehmung
- 28
- Anlageschulter
- 30
- Anlageschulter
- 32
- Federabstützung
- 34
- Federabstützung
- 36
- Rückstellelement,
Schraubenfeder
- 38
- Ringscheibe
- 40
- Rückstellelement,
Schraubenfeder
- 42
- Ringscheibe
- 44
- Anschluss
- 46
- Polplatte
- 48
- Magnetjoch
- 50
- Polplatte
- 52
- Magnetjoch
- 54
- Rückstellelement
- 56
- Schraubenfeder
- 58
- Kontaktkörper
- 60
- Durchbrechung
- 62
- Nut
- A
- Längsachse
- F
- Rückstellkraft
- X1
- Kraftverlauf
- X2
- Kraftverlauf
- S
- Rückstellweg
- Z1
- Richtung
- Z2
- Richtung
- Y1
- Kraftverlauf
- Y2
- Kraftverlauf
- H
- Entfernung