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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Spulenbaugruppe für einen
bistabilen Umkehrhubmagnet mit den oberbegrifflichen Merkmalen des
Patentanspruchs 1, auf einen bistabilen Umkehrhubmagnet mit den
oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 2 bzw. auf ein Verfahren
zum Herstellen eines bistabilen Umkehrhubmagnetens.
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Ein
bistabiler Umkehrhubmagnet besteht aus einem Gehäuse, einer Spulenbaugruppe,
einer Ankerbaugruppe und oftmals einem Permanentmagneten. Die Spulenbaugruppe
ist aus einer ersten Spule und einer zweiten Spule in jeweils einem
Spulenkörper
aufgebaut, welche zueinander beabstandet längs einer Verstellachse in
dem Gehäuse
angeordnet sind und eine zentrale Spulenöffnung aufweisen. Zwischen
der ersten und der zweiten Spule ist der Permanentmagnet um die
zentrale Spulenöffnung
herum angeordnet. Die Ankerbaugruppe ist in der zentralen Spulenöffnung längs der
Verstellachse verstellbar gelagert. Diese gesamte Anordnung ist
in dem Gehäuse
angeordnet.
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Nachteilhaft
bei einer solchen Anordnung ist die aufwändige Montage bei der Herstellung
eines bistabilen Umkehrhubmagneten. Die erste Spule und die zweite
Spule werden auf den beiden entsprechend gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten
in eigenständigen
Arbeitsschritten angeordnet. Anschließend erfolgt eine Verkabelung
bzw. ein Anschließen
der beiden Spulen an eine Zuleitung zum wahlweisen Ausbilden eines
Magnetfeldes in einer oder beider der Spulen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufbau eines bistabilen
Umkehrhubmagneten mit Blick auf eine vereinfachte Herstellung zu
verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Spulenbaugruppe für einen bistabilen Umkehrhubmagneten
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen bistabilen
Umkehrhubmagnet mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 bzw. durch
ein Verfahren zum Herstellen eines bistabilen Umkehrhubmagneten
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
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Bevorzugt
wird demgemäß eine Spulenbaugruppe
für einen
bistabilen Umkehrhubmagneten mit einer ersten Spule und einer zweiten
Spule, die zueinander beabstandet längs einer Verstellachse in
je einem Spulenkörper
angeordnet sind und eine Spulenöffnung
längs der
Verstellachse aufweisen, und mit einem Permanentmagneten, der zwischen
den Spulenkörpern
der ersten Spule und der zweiten Spule um die zentrale Spulenöffnung herum
angeordnet ist, wobei die Spulenkörper der ersten und der zweiten
Spule über
ein Verbindungselement fest miteinander verbunden ausgebildet sind.
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Bevorzugt
wird demgemäß auch ein
bistabiler Umkehrhubmagnet mit einem Gehäuse, mit einer ersten Spule
und einer zweiten Spule, die zueinander beabstandet längs einer
Verstellachse in je einem Spulenkörper innerhalb des Gehäuses angeordnet sind
und eine Spulenöffnung
längs der
Verstellachse aufweisen, mit einem Permanentmagneten, der zwischen
den Spulenkörpern
der ersten Spule und der zweiten Spule um die zentrale Spulenöffnung herum angeordnet
ist, und mit einer Ankerbaugruppe, die in der Spulenöffnung längs der
Verstellachse verstellbar gelagert ist, wobei die Spulenkörper der
ersten und der zweiten Spule über
ein Verbindungselement fest miteinander verbunden ausgebildet sind.
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Bevorzugt
wird demgemäß ein Verfahren zum
Herstellen eines bistabilen Umkehrhubmagneten, bei dem eine Spulenbaugruppe
aus zwei über ein
Verbindungselement fest miteinander verbundenen Spulenkörpern mit
einer ersten und einer zweiten Spule und mit einem Permanentmagneten
zwischen den Spulenkörpern bereitgestellt
wird und die Spulenbaugruppe und eine Ankerbaugruppe in einem Gehäuse eingesetzt
werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn der Permanentmagnet aus zumindest zwei
Teilelementen ausgebildet und zusammengesetzt ist.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn der Permanentmagnet aus magnetischen Bestandteilen ausgebildet
ist, welche in den Raum zwischen den Spulenkörpern der erste Spule und der
zweiten Spule gespritzt und verfestigt sind.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn die Spulen, die Spulenkörper und der Permanentmagnet eine
komplett vormontierbare Baugruppe ausbilden.
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Insbesondere
vorteilhaft ist eine Spulenbaugruppe oder ein bistabiler Umkehrhubmagnet
bzw. ein Verfahren, wenn das Verbindungselement und die beiden Spulenkörper als
einteiliges Kunststoffelement ausgebildet sind bzw. werden. Insbesondere
ist bzw. wird das einteilige Kunststoffelement als Spritzgussteil
ausgebildet.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn eine elektrische Zuleitung zu den Spulen
vor dem Einsetzen der Spulenbaugruppe in ein Gehäuse angeschlossen wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einzelne
Komponenten eines bistabilen Umkehrhubmagneten in auseinandergezogener Darstellung
und
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2 eine
Schnittdarstellung durch einen zusammengesetzten bistabilen Umkehrhubmagneten.
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Wie
aus 1 und 2 ersichtlich, besteht ein bevorzugter
bistabiler Umkehrhubmagnet 1 aus einer Vielzahl von einzelnen
Komponenten und Baugruppen.
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Zur
Aufnahme der einzelnen Komponenten und Baugruppen und zur Befestigung
an einer übergeordneten
Vorrichtung dient ein Gehäuse 10.
Das Gehäuse 10 weißt vorzugsweise
zwei stirnseitige Öffnungen 11 auf,
welche zum Einsetzen der weiteren Komponenten und Baugruppen dimensioniert sind.
Durch die Gesamtanordnung, insbesondere zentral durch die beiden
gegenüberliegenden
stirnseitigen Öffnungen 11 des
Gehäuses 10 verläuft eine Verstellachse
X. In Wandungen, die vorzugsweise den zu den stirnseitigen Öffnungen 11 seitlich
angeordnet sind, befinden sich Befestigungsgewindebohrungen 12 zur
Befestigung des Gehäuses 10 an
der übergeordneten
Vorrichtung.
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Im
zusammengebauten Zustand ist eine Spulenbaugruppe 2 in
dem Gehäuse 10 eingesetzt und
vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 10 bewegungsfest
festgelegt, so dass eine Bewegung der Spulenbaugruppe 2 in
Richtung der Verstellachse X nicht möglich ist. In Richtung der
Verstellachse X verläuft
durch die Spulenbaugruppe 2 eine zentrale Spulenöffnung 20.
Im zusammengesetzten Zustand ist in der Spulenöffnung 20 eine Ankerbaugruppe 3 eingesetzt,
wobei die Ankerbaugruppe 3 längs der Verstellachse X verstellbar
in der zentralen Spulenöffnung 20 gelagert
ist. Außerdem
sind im zusammengesetzten Zustand die beiden stirnseitigen Öffnungen 11 des
Gehäuses 10 mittels
Deckeln 4, insbesondere einem Lagerdeckel 40 und
einem Kerndeckel 45 verschlossen. Durch entsprechende Öffnungen,
insbesondere Lageröffnungen 41, 46 in
den beiden Deckeln 4 ragt eine Achse 31 der Ankerbaugruppe 3 heraus.
Außerdem
ist durch einen der Deckel 4 eine Zuleitung 28 zum
Anlegen einer Spannung an der Spulenbaugruppe 2 herausgeführt.
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Die
Spulenbaugruppe 2 weist eine erste und eine zweite Spule 21, 22 auf,
welche auf jeweils einen Spulenkörper 23 aufgewickelt
sind. Die Spulenkörper 23 bestehen
beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, so dass eine Fertigung
im Spritzgussverfahren auf einfache Art und Weise möglich ist.
Die beiden Spulen 21, 22 bzw. deren Spulenkörper 23 sind
in Längsrichtung
der Verstellachse X zueinander beabstandet. Außerdem umgreifen die Spulenkörper 23 die
zentrale Spulenöffnung 20 bzw.
bilden ihrem Innenumfang die zentrale Spulenöffnung 20 aus.
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Zur
Vereinfachung des Aufbaus und der Montage sind die beiden Spulenkörper 23 mittels
eines Verbindungselements 24 fest miteinander verbunden.
Das Verbindungselement 24 kann in vielfacher Art und Weise
ausgebildet werden. Insbesondere kann das Verbindungselement 24 als
ein schmaler stegförmiger
Körper
von einem Umfangsrand des einen der Spulenkörper 23 zum benachbarten
Umfangsrand des anderen der Spulenkörper 23 führen. Das
Verbindungselement kann jedoch beispielsweise auch der zentralen
Spulenöffnung 20 direkt
benachbart zwischen den beiden Spulenkörpern 23 ausgebildet
sein, wobei in diesem Bereich ebenfalls eine stegförmige Ausbildung
oder auch eine zylinderförmige
Ausbildung des Verbindungselements vorteilhaft umsetzbar ist.
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Insbesondere
bei einer Fertigung der Spulenkörper 23 und
des Verbindungselements 24 aus Kunststoff ist eine einfache
Spritzgussfertigung möglich,
so dass in einem Arbeitsschritt ein einteiliges Bauelement gefertigt
wird. Auf dieses einteilige Bauelement werden die erste und die
zweite Spule 21, 22 nachfolgend aufgewickelt.
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Die
erste und die zweite Spule 21, 22 werden dann
mit der Zuleitung 28 verbunden. Die Zuleitung 28 führt dabei
vorzugsweise zu der ersten Spule 21. Die zweite Spule 22 wird über eine
weitere Zuleitung 29 an die Zuleitung 28 und/oder
an entsprechende Kabel der ersten Spule 21 angeschlossen.
In für sich bekannter
Art und Weise können
die Spulen dabei je nach Verschaltung separat geschaltet werden,
so dass nur in einer der beiden Spulen 21, 22 ein
Strom fließt,
oder gemeinsam mit Strom versorgt werden, so dass in beiden Spulen 21, 22 gleichzeitig
ein Strom fließt,
welcher ein Magnetfeld in der zentralen Spulenöffnung induziert. Das Magnetfeld
bewirkt entsprechend der Stromfluss- und der Magnetfeldrichtung
eine Verstellung der Ankerbaugruppe 3 längs der Verstellachse X.
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In
dem Zwischenraum zwischen den beiden Spulenkörpern 23 wird bei
der Fertigung der Spulenbaugruppe 2 ein Permanentmagnet 5 eingesetzt.
Der Permanentmagnet 5 besteht gemäß einer ersten besonders bevorzugten
Ausführungsform
aus zwei oder mehr kreissegmentförmigen
Teilelementen 50. Solche Teilelemente 50 können auf
einfache Art und Weise von der Seite her in den Zwischenraum zwischen
den beiden Spulenkörpern 23 eingesetzt
und in dem Zwischenraum fixiert werden.
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Alternativ
sind jedoch auch andere Möglichkeiten
zum Einsetzen eines solchen Permanentmagneten 5 in dem
Zwischenraum zwischen den Spulenkörpern 23 möglich. Beispielsweise
kann das Material für
einen Permanentmagneten 5 mittels einer entsprechend geeigneten
Spritzmasse eingespritzt werden.
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Dadurch
entsteht eine Spulenbaugruppe 2, welche als einteilige
Spulenbaugruppe aus der ersten und der zweiten Spule 21, 22 in
deren Spulenkörpern 23,
dem zumindest einen Verbindungselement 24, einer Zuleitung 28 zum
Anschließen
der ersten und der zweiten Spule 21, 22 sowie
zusätzlich
aus dem Permanentmagneten 5 besteht. Ein solcher Aufbau
ermöglicht
eine Fertigung der Spulenbaugruppe 2 aus einer geringen
Anzahl von Einzelteilen. Außerdem
wird die Montage der Einzelteile vereinfacht, da alle Komponenten
an einem einteiligen Körper
aus den beiden Spulenkörpern 23 mit
dem Verbindungselement 24 auf einfache Art und Weise angeordnet werden
können.
Insbesondere kann in dem Gehäuse 10 anstelle
einer Vielzahl von Einzelteilen, d.h. zwei separaten Spulen und
einem dazwischen gesetzten ringförmigen
Magneten eine einzige Baugruppe in Form der Spulenbaugruppe 2 eingeführt und
festgelegt werden.
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Die
Ankerbaugruppe 3 besteht in für sich bekannter Art und Weise
beispielsweise aus der Achse 31, welche durch einen zylindrischen
Ankerkörper 32 umgeben
wird. In Richtung der Verstellachse X erstreckt sich der Ankerkörper 32 so
weit, dass die Ankerbaugruppe 3 innerhalb der zentralen
Spulenöffnung 20 in
Richtung der Verstellachse X um ein gewünschtes Maß verstellbar ist. Zwischen
einer der stirnseitigen Wandung des Ankerkörpers 32 und einer
der dazu benachbarten innenseitigen Wandungen der beiden Deckel 4 verbleibt
somit je nach Stellposition des Ankerkörpers 3 ein Freiraum 25.
Die Achse 31 ragt vorzugsweise durch zumindest eine der
Lageröffnungen 41, 46 eines
der beiden Deckel 4 heraus, um mit einem zu verstellenden
Körper
verbunden zu werden. In für
sich bekannter Art und Weise ist der Ankerkörper 32 aus einem
metallischen Material ausgebildet, welches durch das bzw. die Magnetfelder
der ersten und/oder der zweiten Spule 21, 22 in
Richtung der Verstellachse X verstellt wird.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
erstreckt sich die erste Spule 21 in Richtung parallel
zur Verstellachse X über
eine weitere Strecke als die zweite Spule 22. Der Permanentmagnet 5 ist
derart magnetisiert, dass die Magnetfeldlinien in Richtung des Ankerkörpers 32 ein-
oder austreten. Die Magnetfeldlinien verlaufen durch den metallischen
Ankerkörper 32 in
seitlicher Richtung in Richtung der beiden Deckel 4. Die
Deckel 4 sind aus einem metallischen Material ausgebildet,
so dass der Ankerkörper 32 mit
seiner stirnseitigen Umfangswandung an der Innenwandung des jeweils
einen Deckels 40 der beiden Deckel 4 anliegt und
durch die Magnetwirkung an diesem gehalten wird. Der Ankerkörper erstreckt sich
in axialer Richtung mit seinem Außenumfang vorzugsweise zylinderförmig um
die Verstellachse X herum. Vorzugsweise ist an der Innenwandung
des Deckels 40 eine Beilegscheibe 42 aus einem
elas tischen Material aufgesetzt, so dass die metallischen Oberflächen des
Ankerkörpers 32 und
des Deckels 40 nicht direkt aufeinander schlagen. Durch
eine Aktivierung der beiden Spulen 21, 22 in umgekehrter Richtung
wird einerseits während
der Spulenaktivierung die Wirkung des Magnetfelds des Permanentmagneten 5 neutralisiert
und andererseits der Ankerkörper 32 gegen
den gegenüberliegenden
Deckel 45 verstellt. Nach Wegfall des durch die Spulen 21, 22 erzeugten
magnetischen Feldes wird der Ankerkörper 32 durch die
Wirkung des vom Permanentmagneten 5 erzeugten Feldes an
dem zweiten Deckel 45 der beiden Deckel 4 magnetisch
gehalten.
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Das
Herstellen eines bistabilen Umkehrhubmagneten 1 erfolgt
somit auf einfache Art und Weise, indem eine solche Spulenbaugruppe 2 aus
zwei über das
Verbindungselement 24 fest, insbesondere einteilig verbundenen
Spulen 21, 22 bzw. Spulenkörpern 23 mit einem
Permanentmagneten 5 zwischen den Spulen 21, 22 bzw.
Spulenkörpern 23 bereitgestellt
wird und die Spulenbaugruppe 2 in dem Gehäuse 10 eingesetzt
wird. Nachfolgend oder zusammen mit der Spulenbaugruppe 2 wird
die Ankerbaugruppe 3 in dem Gehäuse eingesetzt. Abschließend werden die
beiden Deckel 4 in den stirnseitigen Öffnungen 11 des Gehäuses 10 eingesetzt,
um dieses zu verschließen.
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- 1
- bistabiler
Umkehrhubmagnet
- 10
- Gehäuse
- 11
- stirnseitige Öffnungen
in 10
- 12
- Befestigungsgewindebohrungen
- 2
- Spulenbaugruppe
- 20
- zentrale
Spulenöffnung
- 21
- erste
Spule
- 22
- zweite
Spule
- 23
- Spulenkörper
- 24
- Verbindungselement
- 28
- Zuleitung
- 29
- weitere
Zuleitung
- 3
- Ankerbaugruppe
- 31
- Achse
- 32
- Ankerkörper
- 4
- Deckel
- 40
- erster
Deckel
- 41
- Lageröffnung
- 42
- Beilegscheibe
- 45
- zweiter
Deckel
- 46
- Lageröffnung
- 5
- Permanentmagnet
- 50
- Teilelemente
von 5