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Dokumentenidentifikation DE102005026415A1 07.12.2006
Titel Elektromagnetische Antriebseinrichtung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Hagen, Jörg, 10243 Berlin, DE;
Protze, Cardsten, 01307 Dresden, DE
DE-Anmeldedatum 03.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005026415
Offenlegungstag 07.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.12.2006
IPC-Hauptklasse H01F 7/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Eine elektromagnetische Antriebseinrichtung weist einen längs einer Achse (3) bewegbaren Anker (6, 6a, 6b) auf. Der Anker (6, 6a, 6b) wiest einen kolbenförmigen Abschnitt (8, 8a, 8b) auf. Der kolbenförmige Abschnitt (8, 8a, 8b) ist in einem zylinderförmigen Abschnitt (2) des Stators (1) geführt. Der kolbenförmige Abschnitt (8, 8a, 8b) ist von einer im Wesentlichen in Richtung der Achse (3) verlaufenden Ausnehmung (10) durchsetzt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Antriebseinrichtung mit einem längs einer Achse bewegbaren Anker, der einen kolbenförmigen Abschnitt aufweist, welcher in einem zylinderförmigen Abschnitt eines Stators bewegbar ist.

Eine derartige elektromagnetische Antriebseinrichtung ist beispielsweise aus dem Gebrauchsmuster DE 297 15 900 U1 bekannt. Dort ist eine elektromagnetische Antriebseinrichtung beschrieben, die dem Auslösen einer Schalthandlung eines Leistungsschalters dient. Dazu weist die elektromagnetische Antriebseinrichtung einen Stator mit einer elektrischen Wicklung auf, in welche sich ein Anker bei einer Bestromung der Wicklung hineinbewegt. Der Anker weist einen kolbenförmigen Abschnitt auf, der in einem zylinderförmigen Abschnitt des Stators bewegbar ist. Zur Einstellung einer Ansprechzeit des Ankers ist vorgesehen, die Masse des Ankers zu variieren.

Mit einer Erhöhung der Masse des Ankers der elektromagnetischen Antriebseinrichtung wird das Gesamtsystem träger und es kommt zu einer Verzögerung des Ansprechens der Antriebseinrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass ein schnelles Ansprechen mit einer präzisen Bewegung des Ankers gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird bei einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der kolbenförmige Abschnitt von zumindest einer im Wesentlichen in Richtung der Achse verlaufenden Ausnehmung durchsetzt ist.

Durch die Einbringung einer Ausnehmung wird erreicht, dass sich ein bei einer schnellen Bewegung vor dem kolbenförmigen Abschnitt aufbauendes Fluidpolster durch den kolbenförmigen Abschnitt hindurch entspannen kann. Über die Ausnehmung sind in ihrem Druck erhöhten Fluide wie Gase oder Flüssigkeiten rasch durch den kolbenförmigen Abschnitt hindurchleitbar. Dabei kann die in Richtung der Achse verlaufende Ausnehmung verschiedenartige Formen aufweisen. So können beispielsweise lineare Kanäle vorgesehen sein, oder auch schräg in den kolbenförmigen Abschnitt liegende Kanäle genutzt werden. Darüber hinaus können auch weitere Ausgestaltungen wie spiralförmige Ausnehmungen, mäanderförmige Ausnehmungen usw. zum Einsatz gelangen. Allen Ausnehmungen gemein ist, dass in Richtung der Achse vor und hinter dem kolbenförmigen Abschnitt Ein- bzw. Austrittsöffnungen vorgesehen sind, um einen Gas- bzw. einen Flüssigkeitsstrom rasch durch den kolbenförmigen Abschnitt hindurch zu leiten. Insbesondere bei einer Bewegung des kolbenförmigen Abschittes in einem abgeschlossenen Raum wird in Bewegungsvorrichtung vor dem kolbenförmigen Abschnitt der Aufbau eines Fluidpolsters vermieden. Um eine möglichst präzise Führung des Ankers in dem Stator zu gewährleisten, gleitet der Anker innerhalb des zylinderförmigen Abschnittes des Stators. Eine besondere Dichtung zwischen Stator und Anker braucht dabei nicht vorgesehen zu sein. Bereits geringe Spaltmaße zwischen kolbenförmigen Abschnitt und zylinderförmigen Abschnitt reichen aus, um eine Hindurchtritt von Fluiden durch den Spalt zwischen kolbenförmigen und zylinderförmigen Abschnitt zu behindern.

Dabei kann eine vorteilhafte Ausgestaltung vorsehen, dass die Ausnehmung einen zum zylinderförmigen Abschnitt zugewandten Rand des kolbenförmigen Abschnittes durchbricht.

Eine im Rand des kolbenförmigen Abschnittes eingebrachte Ausnehmung kann beispielsweise eine Kerbe oder eine Nut sein, welche gezielt einem Kanal zwischen dem kolbenförmigen Abschnitt und dem zylinderförmigen Abschnitt ausbildet, um ein Durchtritt von Gasen oder Flüssigkeiten während einer Bewegung des Ankers zu ermöglichen. Dabei kann die Ausnehmung verschiedenartige Profilierungen aufweisen. So kann die Nut beispielsweise schwalbenschwanzförmig, schlitzförmig, rechteckig, V-förmig sowie in beliebigen weiteren Formen ausgestaltet sein.

Unabhängig von der Lage der Ausnehmung im Randbereich oder auch von dem kolbenförmigen Abschnitt umgeben können folgende Maßnahmen vorgesehen sein. Um während einer Bewegung ein Hindurchtreten des Fluides gezielter steuern zu können, kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Ausnehmung mit einer bestimmten Profilierung versehen ist. So können gezielt Abschnitte mit einem höheren bzw. einem geringeren Strömungswiderstand in der Ausnehmung vorgesehen sein. Weiterhin kann durch einen bestimmten Weg der Ausnehmung, beispielsweise spiralförmig um den kolbenförmigen Abschnitt herum, das Volumen des durchtretenden Fluides während einer Bewegung des Ankers gezielt beeinflusst wird. So kann beispielsweise erreicht werden, dass während einer Bewegung der gesamte, durch die Ausnehmung gebildete Überströmkanal zunächst eine große Fluidmenge hindurchleitet und mit fortschreitender Bewegung eine Rückstauwelle in der Ausnehmung entsteht, die ein weiteres Hindurchtreten des Fluids beschränkt. Damit kann beispielsweise die Einhaltung eines bestimmten Bewegungsprofils des Ankers unterstützt werden.

Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Ausnehmung ein im Wesentlichen radial zu Achse ausgerichteter Schlitz ist.

Ein radial zur Achse ausgerichteter Schlitz ist neben seiner Lenkung und Leitung eines Fluidstromes vorteilhaft geeignet, die Entstehung von Wirbelströmen in dem Anker bei einer Bestromung des Stators zu vermeiden. Bei einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung werden aufgrund von auftretenden magnetischen Feldern Kraftwirkungen zwischen einem Anker und einem Stator erzeugt. Im Regelfall weist dazu der ortsfeste Stator eine elektrische Wicklung auf, die mit einem Strom beaufschlagbar ist. Aufgrund des fließenden Stromes bildet sich im Innern der Wicklung ein magnetisches Feld aus. Der beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material gebildete Anker wird aufgrund des Magnetfeldes in eine Bewegung versetzt. In dem in einen Magnetfeld bewegten Anker werden Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme führen zu einer Erwärmung des Ankers und bewirken eine Reduzierung der auf den angetriebenen Anker einwirkenden elektromagnetischen Kraft. Mit dem Einbringen von zumindest einem radial zur Achse ausgerichteten Schlitz sind potentielle Wirbelstrombahnen unterbrochen. Dabei kann vorgesehen sein, dass mehrere Schlitze in radialer Richtung bezüglich der Achse in den Anker eingebracht sind. Die Schlitze können dabei von unterschiedlicher Gestalt sein. So können diese beispielsweise von dem Anker umschlossen sein oder sich durch den Rand des Ankers in Richtung der Achse erstrecken. Dies kann beispielsweise durch ein Einsägen oder Einfräsen des Randbereiches des Ankers erzielt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass an den kolbenförmigen Abschnitt eine kegelförmige Anformung anschließt.

Eine kegelförmige Anformung an den kolbenförmigen Abschnitt gestattet eine günstige Führung von magnetischen Feldlinien im Innern des Ankers. In einfacher Weise können so aus dem Stator in den Anker übertretende Magnetfeldlinien so gelenkt werden, dass an den Grenzflächen die Magnetfeldlinien möglichst lotrecht aus der Oberfläche austreten bzw. in die Oberfläche eintreten. Dies ist deshalb von Vorteil, da zur Erzeugung einer Kraftwirkung auf den Anker ausschließlich die Normalkomponenten der magnetischen Feldlinien wirksam sind. Der kolbenförmige Abschnitt kann beispielsweise am Boden eines Kegels angeordnet sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann dabei vorsehen, dass an den kolbenförmigen Abschnitt eine gestufte Anformung nach Art eines Scheibenstapels anschließt.

Die stufenförmige Ausgestaltung der Anformung weist ebenfalls günstige Eigenschaften für die Lenkung der magnetischen Feldlinien auf. Gezielt können so Polflächen ausgebildet werden, in welchen die magnetischen Feldlinien konzentriert geführt werden. Dies sind bei einer rechtwinkligen Stufung beispielsweise die kreisringförmigen Flächen, welche koaxial zur Achse angeordnet sind. Die zylindermantelförmigen Flächen der stufenförmigen Anformung, die sich ebenfalls koaxial um die Achse erstrecken, sind weitestgehend frei von hindurchtretenden magnetischen Feldlinien.

Neben der rechtwinkligen Ausgestaltung der Stufen können auch gestufte sägezahnförmige Anordnungen oder weitere geeignete Profilierungen der Anformung eingesetzt werden.

Sowohl stufenförmige wie kegelförmige Anformungen können einstückig mit dem kolbenförmigen Abschnitt ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Anformung selbst wie auch den Anker mehrteilig auszubilden.

Durch die kegelförmige Anformung bzw. die gestufte Anformung sind weiterhin günstige Strömungsverhältnisse geschaffen, um den Anker rasch durch ein Fluid zu bewegen und das zu verdrängende Gas- bzw. Flüssigkeitsvolumen an den Kolben vorbei bzw. durch den Kolben hindurch zu lenken.

Weiter sind sich verjüngende Anformungen geeignet, um eine Zentrierung des Ankers bei einer Bestromung des Stators zu gewährleisten. Über eine derartige Anformung können große Haltekräfte von der elektromagnetischen Antriebseinrichtung erzeugt werden.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Anformung hohl ausgebildet ist.

Durch eine hohle Ausformung wird zum einen die Masse des zu bewegenden Ankers reduziert. Dadurch wird die Trägheit der bewegten Teile reduziert und ein rasches Ansprechen des Ankers ist gewährleistet. Darüber hinaus kann über die Wandungen des Hohlkörpers eine gezielte Lenkung der magnetischen Feldlinien hervorgerufen werden.

Zur Ausbildung der Wandung kann beispielsweise vorteilhaft vorgesehen sein, dass die hohle Anformung in Richtung der Achse einen sich verringernden Umfang aufweist und mit zunehmend geringer werdendem Umfang eine Stärke einer Wandung der hohlen Anformung abnimmt.

Eine Reduzierung der Wandung der hohlen Anformung in Richtung der schlanken Spitze der Anformung gestattet eine vorteilhafte Verteilung der innerhalb des Ankers geführten magnetischen Feldlinien. Die im Innern der elekrischen Wicklung erzeugten magnetischen Feldlinien können über entsprechende Polschuhe am Stator in ein großes Volumen an dem kolbenförmigen Abschnitt übertreten. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der kolbenförmige Abschnitt zylindrisch beziehungsweise hohlzylindrisch ausgestaltet ist und möglichst an den zylindrischen Abschnitt des Stators angenähert ist. So ist ein verlustarmes Übertreten von magnetischen Feldlinien vom Stator in den Anker beziehungsweise umgekehrt möglich. Mit abnehmender Wandstärke der hohlen Anformung wird der magnetische Widerstand der Wandung stärker. Dadurch verteilen sich die magnetischen Feldlinien großflächig auf der äußeren Mantelfläche (der Eintritt- beziehungsweise Austrittsfläche) der Anformung. Dadurch wird eine gleichmäßige magnetische Durchflutung des Ankers erreicht. Mit einer gleichmäßigen Flussdichte des magnetischen Feldes kann eine entsprechend hohe Leistung von der elektromagnetischen Antriebseinrichtung abgegeben werden. Weiterhin ist auch eine hohe Haltekraft zumindest in einer der Endlagen des bewegbaren Ankers gewährleistet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann beispielsweise vorsehen, dass an dem Anker eine im Wesentlichen lotrecht zur Achse stehende Fläche als Endanschlag ausgebildet ist.

Die lotrecht stehenden Anschläge gestatten es, vergleichsweise kleine Flächen als Anschlagsfläche einzusetzen. Die zur Erzeugung und Lenkung der magnetischen Feldlinien nötigen Mantelflächen können gezielt beabstandet von Begrenzungsoberflächen des Stators gehalten werden. Dadurch ist eine Beschädigung der mit einer hohen Oberflächengüte versehenen Eintritts- bzw. Austrittsflächen für die Magnetfeldlinien gegeben. Als Endanschlag geeignete Flächen sind beispielsweise kreisförmige bzw. kreisringförmige Flächen. Die schrägen Anker- bzw. Statorflächen berühren sich nicht. Somit ist eine Gefährdung eines mechanischen Verschweißens dieser Flächen nahezu ausgeschlossen. Es können auch mehrere Begrenzungsflächen vorgesehen sein, welche gemeinsam als Endanschlag wirken. Diese können auch verschiedenen Endlagen zugeordnet sein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die kegelförmige Anformung eine kegelstumpfförmige Spitze aufweist, welche als Endanschlag wirkt.

Eine kegelstumpfförmige Spitze der kegelförmigen Anformung gestattet eine gute Einleitung von Anschlagskräften in die kegelförmige Anformung sowie in den gesamten Anker. Abplattungen bzw. Verformungen können so verhindert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine Mantelfläche der Anformung in Endlagen des Ankers von Begrenzungsflächen des Stators beabstandet ist.

Mantelflächen der Anformung, d. h. der Kegelmantel bzw. die stufenförmige Mantelfläche, sollte von den Begrenzungsflächen des Stators beabstandet werden, um Beschädigungen der empfindlichen Oberflächen auszuschließen. So kann es beispielsweise bei einer kegelförmigen Ausgestaltung der Anformung vorgesehen sein, dass lediglich eine kegelstumpfförmige Spitze mit einer Begrenzungsfläche des Stators in Berührung kommt und die Kegelmantelfläche beabstandet zu den Begrenzungsflächen des Stators liegt. Die Abstände sollten dabei derart gering sein, dass übertretende Magnetfeldlinien nur in einem geringen Maße in ihrem Verlauf gestört werden. Bei einer stufenförmigen Ausgestaltung der Anformung kann es vorgesehen sein, dass nur bestimmte Flächenabschnitte mit den Begrenzungsflächen des Stators in Berührung kommen und andere Flächenabschnitte beabstandet zu den Begrenzungsflächen des Stators sind. Bei einer rechtwinklig gestuften rotationssymmetrischen Ausgestaltung der Anformung können beispielsweise die Kreisringscheiben, die koaxial zu der Achse liegen, an Begrenzungsflächen des Stators anliegen. Über diese Berührungsflächen können die Magnetfeldlinien widerstandsarm geleitet werden. Im Gegensatz dazu sollten die zylindermantelförmigen Flächen, die koaxial zur Achse angeordnet sind, beabstandet zu den entsprechenden Begrenzungsflächen des Stators angeordnet sein, um die magnetischen Feldlinien gezielt in die einander berührenden Flächen zu lenken.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in Figuren gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.

Dabei zeigt die

1 eine erste Ausgestaltungsvariante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung in ihrer Ruhestellung, die

2 die erste Ausgestaltungsvariante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung in ihrer Einschaltstellung, die

3 eine perspektivische Ansicht mit teilweisen Freischneidungen des in den 1 und 2 gezeigten Ankers, die

4 eine zweite Ausgestaltungsvariante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung mit einer gestuften Anformung nach Art eines Scheibenstapels an einem kolbenförmigen Abschnitt des Ankers und die

5 eine dritte Ausgestaltungsvariante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung mit einer alternativen Ausgestaltung einer gestuften Anformung nach Art eines Scheibenstapels an einem kolbenförmigen Abschnitt des Ankers.

Beispielhaft wird zunächst anhand der 1 der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antriebseinrichtung erläutert. Die in den 4 und 5 dargestellten Ausgestaltungsvarianten sind prinzipiell gleichartig aufgebaut, weisen jedoch Unterschiede bezüglich der Ausgestaltung des Ankers auf.

Die erste Ausgestaltungsvariante der Antriebseinrichtung weist einen Stator 1 auf. Der Stator 1 ist aus einem ersten Teil 1a und einem zweiten Teil 1b zusammengesetzt. Das erste Teil 1a weist einen zylinderförmigen Abschnitt 2 auf. Der zylinderförmige Abschnitt 2 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der zylinderförmige Abschnitt 2 ist koaxial zu einer Achse 3 angeordnet. Das zweite Teil 1b des Stators 1 weist einen koaxial zur Achse 3 liegenden Kanal 4 mit kreisförmigem Querschnitt auf. Das erste Teil 1a und das zweite Teil 1b des Stators sind miteinander verbunden, so dass ein kompakter, magnetische Feldlinien leiternder Körper entsteht. In dem Stator 1 ist in einen im Fügebereich des ersten Teiles 1a und des zweiten Teiles 1b ausgebildeten Ringspalt eine bestrombare Wicklung mit Eisenkern 5 eingelegt. Die Wicklung mit Eisenkern 5 ist koaxial zu der Achse 3 angeordnet.

In dem zylindrischen Abschnitt 2 des Stators 1 ist ein kolbenförmiger Abschnitt 8 mit kreisförmigem Querschnitt des Ankers 6 geführt. Der Anker 6 weist eine Antriebsstange 7 auf, die ebenfalls koaxial zur Achse 3 angeordnet ist und in dem Kanal 4 geführt ist. An den kolbenförmigen Abschnitt 8 des Ankers 6 schließt sich eine kegelförmige Anformung 9 an. Der kolbenförmige Abschnitt 8 und die kegelförmige Anformung 9 sind als einstückige Körper ausgebildet. Es kann jedoch vorgesehen sein, separate Teilköper für den kolbenförmigen Abschnitt 8 und die kegelförmige Anformung 9 zu verwenden. Die kegelförmige Anformung 9 sowie der kolbenförmige Abschnitt 8 des Ankers 6 sind als Hohlkörper ausgestaltet. Wie im Schnitt der 1 erkennbar, ist die Wandstärke dabei derart gewählt, dass mit abnehmendem Umfang der kegelförmigen Anformung 9 sich die Wandstärke verringert. Zur Vermeidung von Wirbelströmen und zur Ermöglichung eines Durchtritts von Gas sind in dem Anker 6 radial ausgerichtete schlitzförmige Ausnehmungen 10 eingebracht. Die schlitzförmigen Ausnehmungen 10 können dabei derart tief eingebracht sein, dass sie in die kegelförmige Anformung 9 hineinreichen. Die Ausnehmungen 10 liegen dabei radial zu der Achse 3 und durchbrechen den Rand des kolbenförmigen Abschnittes 8.

An der der Antriebsstange 7 zugewandten Seite weist die kegelförmige Anformung 9 eine kegelstumpfförmige Abplattung auf. Dadurch ist eine kreisringförmige Fläche 11 ausgebildet, die sich um die Antriebsstange 7 erstreckt. Die kreisringförmige Fläche 11 dient als Endanschlag für den Anker 6. An der von der Antriebsstange 7 abgewandten Seite des Ankers 6 ist im Bodenbereich des kolbenförmigen Abschnittes 8 eine kreisringförmige Fläche 12 ausgebildet. Die kreisringförmige Fläche 12 wirkt ebenfalls als Endanschlag. Im Ruhezustand ist die kreisförmige Fläche 12 am Boden des Ankers 6 gegen eine den zylindrischen Abschnitt 2 verschließende Platte 16 gepresst. In dem in der 1 gezeigten Ruhezustand der ersten Ausgestaltungsvariante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung wird der Anker 6 von einer sich innerhalb des Kanales 4 um die Antriebsstange 7 herum erstreckenden schraubenförmigen Feder 13 von dem zweiten Teil 1b des Stators 1 beabstandet. Über die kreisringförmige Fläche 12 an dem von der Antriebsstange 7 angewandten Ende des Ankers 6 ist der Anker 6 in seiner Endlage gehalten. Bei einem Bestromen der Wicklung mit Eisenkern 5 bildet sich ein magnetisches Feld aus, welches sich im ersten Teil 1a und im zweiten Teil 1b des Stators 1 erstreckt und innerhalb des Stators 1 geführt ist. Die magnetischen Feldlinien treten im Bereich des zylinderförmigen Abschnittes 2 aus dem ersten Teil 1a aus und treten in eine Wandung des hohlen Ankers 6 vorzugsweise im Bereich des kolbenförmigen Abschnittes 8 ein. Aufgrund der abnehmenden Wandstärke in Richtung der Spitze des Ankers 6 verteilen sich die Feldlinien gleichmäßig auf der kegelförmigen Mantelfläche der kegelförmigen Anformung 9. In dem Bestreben der in sich geschlossenen Feldlinien sich zu verkürzen, treten die Feldlinien aus der Oberfläche des Ankers 6 aus und in den zweiten Teil 1b des Stators 1 ein. Aufgrund der nun entstehenden Kraftwirkung wird der Anker 6 in Richtung des zweiten Teiles 1b bewegt. In der Einschaltstellung (2) der ersten Ausgestaltungsvariante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung sind exemplarisch einige Magnetfeldlinien dargestellt. Magnetische Feldlinien treten an Grenzflächen ferromagnetischen Materials senkrecht aus. In der 2 ist zu erkennen, dass die Magnetfeldlinien an den Grenzflächen im Bereich des kolbenförmigen Abschnittes 8 sowie im Bereich der Grenzflächen der Mantelfläche der kegelförmigen Anformung 9 nahezu senkrecht durch die Grenzschicht hindurchtreten. Dadurch wird ein großer Anteil der Feldlinien an diesen Grenzschichten zu Normalkomponenten und erzeugt eine hohe Haltekraft. Die Haltekraft wirkt gegen die im Einschaltzustand gespannte Feder 13. Bei einem Aussetzen der Bestromung treibt die Feder 13 die Antriebsstange 7 nebst Anker 6 wieder in die in der 1 gezeigte Position.

Bei einer Bewegung des Ankers 6 kann über die Antriebsstange 7 Arbeit verrichtet werden. Beispielsweise kann eine Halteklinke eines Antriebes eines elektrischen Schaltgerätes, wie z. B. eines Hochspannungs-Leistungsschalters, zum Einbruch gebracht werden und so ein Schaltvorgang ausgelöst werden.

In der in der 2 dargestellten Einschaltstellung der ersten Ausgestaltungsvariante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung liegt die kreisringförmige Fläche 11, die sich um die Antriebsstange 7 erstreckt, an dem zweiten Teil 1b an. Die gegengleich ausgeführte Fläche zu der kegelförmigen Anformung 9 am zweiten Teil 1b des Stators 1 ist dabei derart gestaltet, dass sie annähernd parallel zu der Mantelfläche der kegelförmigen Anformung 9 liegt, jedoch kein unmittelbarer Kontakt zwischen diesen beiden Flächen besteht. Dadurch wird eine Beschädigung der Oberfläche der kegelförmigen Anformung 9 verhindert.

Die 3 zeigt perspektivisch die Ausgestaltung des Ankers 6 unter Verzicht auf eine Darstellung der Antriebsstange 7. Zu erkennen ist der kolbenförmige Abschnitt 8, die kreisringförmige Fläche 11, welche die Antriebsstange 7 umgibt sowie mehrere radial durch den kolbenförmigen Abschnitt 8 durchgreifende, schlitzförmige Ausnehmungen 10.

Alternativ zu der Ausgestaltung des in der 3 gezeigten Ankers können auch weitere Anker zum Einsatz gelangen. Dazu sind in den 4 und 5 prinzipielle Ausgestaltungsvarianten gezeigt. In der 4 ist eine zweite Variante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung dargestellt. Die elektromagnetische Antriebseinrichtung ist in ihrer Ruhestellung gezeigt. Sie weist den gleichen prinzipiellen Aufbau sowie dieselbe Wirkungsweise auf wie die in den 1 und 2 gezeigte erste Ausgestaltungsvariante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung. Anhand der 4 soll auf die unterschiedliche Ausgestaltung des Ankers 6a eingegangen werden. Der Anker 6a weist an seinem kolbenförmigen Abschnitt 8a eine gestufte Anformung 9a nach Art eines Scheibenstapels auf. Aufgrund der gestuften Ausgestaltung wird der Umfang der Anformung 9a in Richtung der Antriebsstange 7 zunehmend verringert. Auch die gestufte Anformung weist eine rotationssymmetrische Gestalt auf, wobei die Rotationsachse der Achse 3 entspricht. Der Anker 6a ist ebenfalls hohl ausgestaltet, wobei die den Hohlraum begrenzenden Oberfläche weiterhin eine kegelförmige Gestalt aufweist. Somit ist sichergestellt, dass die Wandstärke in Richtung der Antriebsstange 7 des Ankers 6a abnimmt und so eine gleichmäßige Verteilung der Magnetfeldlinien über die Oberfläche der stufenförmigen Anformung 9a erfolgt. In gestufter Weise ist eine gegengleiche Begrenzungsfläche an dem zweiten Teil 1b des Stators 1 ausgestaltet.

Die 5 zeigt eine dritte Ausgestaltungsvariante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung in ihrer Einschaltstellung. Die dritte Ausgestaltungsvariante der elektromagnetischen Antriebseinrichtung weist einen Anker 6b mit einem kolbenförmigen Abschnitt 8b auf, an welchen sich eine gestufte Anformung 9a nach Art eines Scheibenstapels anschließt. Auch der Anker 6b der dritten Ausgestaltungsvariante einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung ist hohl ausgestaltet, wobei die dem Hohlraum zugewandte Fläche der gestuften Anformung gestuft ausgestaltet ist. Auch so ist die Gewährleistung einer Verringerung der Wandstärke der hohlen Anformung in Richtung der Antriebsstange 7 gegeben.

Bei den in den 4 und 5 gezeigten Ausgestaltungsvarianten einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung dienen jeweils kreisscheibenförmigen Flächen 14 des Ankers 6a, 6b als Endanschläge. Die zylindermantelförmigen Flächen 15 sind jeweils beabstandet zu den gegengleichen Begrenzungsflächen des Stators 1 angeordnet. In diesen Bereichen sind auch in der Einschaltstellung gezielt Luftspalte ausgebildet, die hohlzylinderförmig um die Achse 3 umlaufen. Aufgrund der sich so ausbildenden Verhältnisse bezüglich der magnetischen Widerstände sind die Magnetfeldlinien gezwungen, durch die kreisringförmigen Flächen 14 von der Anformung 9a, 9b in den zweiten Teil 1b des Stators 1 überzutreten. Somit ist gewährleistet, dass auch hier die Magnetfeldlinien stets senkrecht von dem Stator 1 in den Anker 6a, 6b und umgekehrt übertreten. So werden große Haltekräfte bzw. hohe Anzugskräfte erzeugt.


Anspruch[de]
Elektromagnetische Antriebseinrichtung mit einem längs einer Achse (3) bewegbaren Anker (6, 6a, 6b), der einen kolbenförmigen Abschnitt (8, 8a, 8b) aufweist, welcher in einem zylinderförmigen Abschnitt (2) eines Stators (1) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der kolbenförmige Abschnitt (8, 8a, 8b) von zumindest einer im wesentlichen in Richtung der Achse (3) verlaufenden Ausnehmung (10) durchsetzt ist. Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (10) einen dem zylinderförmigen Abschnitt (2) zugewandten Rand des kolbenförmigen Abschnittes (8, 8a, 8b) durchbricht. Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (10) ein im Wesentlichen radial zu Achse (3) ausgerichteter Schlitz ist. Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den kolbenförmigen Abschnitt (8) eine kegelförmige Anformung (9) anschließt. Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den kolbenförmigen Abschnitt (8a, 8b) eine gestufte Anformung (9a, 9b) nach Art eines Scheibenstapels anschließt. Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anformung (9, 9a, 9b) hohl ausgebildet ist. Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle Anformung (9, 9a, 9b) in Richtung der Achse einen sich verringernden Umfang aufweist und mit zunehmend geringer werdendem Umfang eine Stärke einer Wandung der hohlen Anformung (9, 9a, 9b) abnimmt. Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Anker (6, 6a, 6b) eine im Wesentlichen lotrecht zur Achse (3) stehende Fläche (11, 12, 14) als Endanschlag ausgebildet ist. Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 4 oder 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Anformung (9) eine kegelstumpfförmige Spitze (11) aufweist, welche als Endanschlag wirkt. Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mantelfläche (15) der Anformung (9, 9a, 9b) in Endlagen des Ankers (6, 6a, 6b) von Begrenzungsflächen des Stators (1) beabstandet ist.






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