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Dokumentenidentifikation DE202007008281U1 13.09.2007
Titel Hubmagnet
Anmelder Kuhnke Automotive GmbH & Co. KG, 23714 Malente, DE
Vertreter Wilcken & Vollmann, 23554 Lübeck
DE-Aktenzeichen 202007008281
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 13.09.2007
Registration date 09.08.2007
Application date from patent application 13.06.2007
IPC-Hauptklasse H01F 7/08(2006.01)A, F, I, 20070613, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Hubmagnet.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Rückstellbewegung 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Richtungen 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.

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.

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.

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.

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.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen:

1 einen als Doppelhubmagnet ausgebildeten Hubmagnet in einer Querschnittsansicht,

2 ein Kraft-Weg-Diagramm eines konventionellen Doppelhubmagneten und

3 ein Kraft-Weg-Diagramm des erfindungsgemäßen Doppelhubmagneten.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Rückstellelemente 54 in radialer Richtung auf den Umfang des Betätigungsstößels 16 im Bereich des Stößelabschnitts 16'.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Kraftverläufen 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


Anspruch[de]
Hubmagnet (2) mit zumindest einer bestrombaren Spule (6, 8), mit einem Ankerbauteil (4), welches durch Bestromen der Spule (6, 8) aus einer Anfangslage in zumindest eine Hublage bewegbar ist, und mit zumindest einem ersten Rückstellelement (36, 40) zum Rückstellen des Ankerbauteils (4) aus der Hublage in die Anfangslage (M), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Rückstellelement (54) vorgesehen ist, welches das Ankerbauteil (4) in einem zweiten Abschnitt der Rückstellbewegung vor Erreichen der Anfangslage mit einer Rückstellkraft beaufschlagt. Hubmagnet (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt der Rückstellbewegung kürzer als ein erster Abschnitt der Rückstellbewegung ist und vorzugsweise lediglich einen Abschnitt kurz vor Erreichen der Anfangslage (M) bildet. Hubmagnet (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rückstellelement (54) eine Kraft quer, vorzugsweise normal zur Richtung der Rückstellbewegung des Ankerbauteils (4) erzeugt, wobei das zweite Rückstellelement (54) über ein Umlenkelement derart auf das Ankerbauteil (4) wirkt, dass dieses von dem zweiten Rückstellelement (54) mit einer Rückstellkraft in Richtung (Z1, Z2) der Rückstellbewegung beaufschlagt wird. Hubmagnet (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine schräg, vorzugsweise im spitzen Winkel zur Richtung (Z1, Z2) der Rückstellbewegung gerichtete Anlagefläche, auf die das zweite Rückstellelement (54) quer zur Richtung (Z1, Z2) der Rückstellbewegung wirkt, das Umlenkelement bildet. Hubmagnet (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerbauteil (4) zumindest einen Bereich aufweist, in dem sich dessen Querschnitt in Hubrichtung schräg zu seiner Längsachse (A) verjüngt. Hubmagnet (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rückstellelement (54) als ein Federelement ausgebildet ist. Hubmagnet (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Federelement ein an dem Ankerbauteil (4) anliegender Kontaktkörper (58) gelagert ist. Hubmagnet (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet (2) als ein Doppelhubmagnet ausgebildet ist, wobei das Ankerbauteil (4) mittels zweier bestrombarer Spulen (6, 8) aus der Anfangslage (M) in zwei von der Anfangslage (M) in entgegengesetzten Richtungen beabstandete Hublagen bewegbar ist. Hubmagnet (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement als eine Nut (62) und vorzugsweise als eine um den Umfang des Ankerbauteils (54) verlaufende Nut (62) ausgebildet ist, welche derart angeordnet ist, dass das zweite Rückstellelement (54) bei sich in der Anfangslage (M) befindlichem Ankerbauteil (4), in die Nut (62) eingreift. Hubmagnet (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (62) eine gewölbte Mulde bildet. Hubmagnet (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rückstellelement (54), vorzugsweise zwei einander diametral gegenüberliegend angeordnete zweite Rückstellelemente (54), durch einen Kern (18) des Hubmagneten (2) geführt ist bzw. sind.






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