-
Die
Erfindung betrifft einen Schnellschaltmagnet mit einem Gehäuse,
einem Konus mit Steuerteil, einem Ankerkolben, einem den Konus durchgreifenden
Stößel, der bei Erregung des Schnellschaltmagneten
mit seinem dem Ankerkolben abgewandten Ende aus dem Gehäuse
austritt, einer im Gehäuse angeordneten Erregerspule, die
zentral um den Konus und den Ankerkolben zum Antrieb desselben angeordnet
ist, mit einer am Konus auf der dem Ankerkolben abgewandten Seite
in einem Hohlraum angeordneter Feder, die durch einen auf dem Stößel
festgelegten Federteller bei Bestromung der Erregerspule durch den
Hub des Ankerkolbens mitgenommen wird und vorgespannt ist, und einer
dem Ankerkolben zugeordneter, rückwärtiger Hubbegrenzung
als Anschlag bei abgeschaltetem Strom.
-
Derartige
Schnellschaltmagnete sind aus der
US 6,929,242 B2 bekannt. Aus der
DE 102 51 851 A1 ist
ein weiterer Schaltmagnet mit speziellen Anschlagflächen
für den Ankerkolben in der jeweiligen Endposition bekannt.
Die Endflächen bilden einen gezackten Übergangsbereich
aus, wobei dadurch die radiale Komponente des Magnetfeldes zwischen
den Anschlagflächen minimiert, und die energetisch optimale,
axial verlaufenden Komponente zwischen den Zacken optimiert wird.
-
Ein
Erfolg versprechender Ansatz zur individuellen Steuerung der Ventile
für den Einspritzvorgang von Kraftstoff in einem Motor
eines Kraftfahrzeuges (Kfz) ist die elektromagnetische Betätigung. Hierzu
ist jedoch eine bestimmte Aktuatorik eines Schaltmagneten erforderlich.
-
Die
Vorteile einer derartigen variablen Ventilsteuerung für
die Kraftstoffeinführung sind folgender
- – Besserer
Wirkungsgrad durch geringe Verluste am Ventiltrieb und an der Drosselklappe
bei Teillast,
- – höhere Leistung durch optimierte Füllung
bei Volllast,
- – besseres Ansprechverhalten,
- – interne Abgasrückführung (AGR)
und
- – verbesserter Kaltstart durch frühere Auslassöffnung.
-
Der
Aktuatorantrieb erfolgt von der Nockenwelle. Eine Kurbel an der
Nockenwelle treibt über eine Koppelstange eine weitere
Kurbel an, die koaxial zur Mitnehmerwelle angeordnet ist und eine
hin- und hergehende Pendelbewegung ausführt. Über
einen schaltbaren Stößel wird jeweils die hin-
und hergehende Pendelbewegung auf die Mitnehmerwelle übertragen.
Aufgabe des Schaltmagneten ist es, eine Verriegelung in dem Kurbeltrieb
durchzuführen.
-
Der
Aktuator hat die Aufgabe einen Stößel kurzzeitig
axial zu bewegen, der wiederum einen Mitnehmer jeweils um eine Schaltstufe
weiterschaltet. Die Rückstellung des Magnetankers erfolgt
durch eine Feder. Der Aktuator ist für den Anbau am Motor auszulegen
und hat den besonderen Umweltbedingungen, insbesondere Hochtemperatur,
Motorölverträglichkeit, Vibrationsfestigkeit und
Kurzschluss-Schutz gerecht zu werden.
-
An
einem Totpunkt der Pendelbewegung soll ein Stift in eine Bohrung
in eine Scheibe eingedrückt werden, um die Kurbel mit einer
weiteren Scheibe zu verbinden. Der Vorgang muss synchron zur Pendelbewegung
erfolgen. Nachdem der Stößel den Stift eingedrückt
hat, muss der Stößel innerhalb sehr kurzer Zeit
von beispielsweise 2 bis 3 ms in die Ausgangsposition bewegt werden
und darf den folgenden Bewegungsvorgang nicht mehr stören.
Die Position des Stößels wird auf eine Fläche
bezogen, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stößels
angeordnet ist.
-
Diese
Fläche liegt parallel zur Fläche, auf welcher
der Magnet befestigt ist. Den Abstand zwischen Stößel
und Referenzfläche bezeichnet man in stromlosen Zustand
des Stößels als Rückstehmaß. Falls
der Magnet bestromt ist, bewegt sich der Stößel vor.
Der Abstand zwischen Stößel und Referenzfläche
wird in diesem Falle als Vorstehmaß bezeichnet. Die Differenz
zwischen Vorsteh- und Rückstehposition ist der Hub des
Magneten. In der Rückstehposition des Magneten befindet
sich zwischen dem Ankerkolben und dem Konus des Hubmagneten ein Luftspalt.
Falls der Magnet bestromt wird, entsteht eine Kraft, die versucht
den Luftspalt zu schließen. Der Ankerkolben wird durch
diese Kraft in die Vorstehposition beschleunigt. In der beschriebenen
Konstruktion spannt die Magnetkraft eine Feder.
-
Sobald
der Stößel die Vorstehposition erreicht, schlagen
der Ankerkolben und/oder der Stößel gegen einen
Anschlag. Dadurch wird die Vorwärtsbewegung gestoppt.
-
Der
Magnetstrom wird (aktiv) ausgeschaltet und die gespannte Feder beschleunigt
Stößel zusammen mit Ankerkolben in die Rückstehposition. Die
potentielle Energie der gespannten Feder wird in die kinetische
Energie von Ankerkolben und Stößel gewandelt.
-
Sobald
der Ankerkolben und der Stößel ihre Rückstehposition
erreicht haben, schlagen beide Körper auf einen rückwärtigen
Anschlag. Welcher Körper zuerst anschlägt, wird
durch die Geometrie von Stößel, Anker, Konus und
Joch bestimmt. Die Impulsenergie wird bei dem Stoß gewandelt.
Falls der Stoß elastisch oder teilelastisch erfolgt, wird
der Impuls des Ankers teilweise gespiegelt. Bei einem vollelastischen
Stoß gegen ein feststehendes Joch wird der Stößel
einen erneuten Arbeitshub ausführen (Prellen) und stört
damit den Bewegungsablauf der Kurbel. Im ungünstigsten
Fall kann der Stößel durch den Stift abgeschert
werden.
-
Allgemein
sind viele Anwendungen von Schaltmagneten bekannt, bei denen ein
Ankerkolben zwischen zwei festen Anschlägen hin- und herschaltet.
Diese sind jedoch für den oben beschriebenen Einsatzfall
für eine variable Ventilsteuerung nicht geeignet. Der Anschlag
des Ankers gegen diese Anschläge wirkt sich beispielsweise
wie folgt nachteilig aus:
- – durch
die plötzliche Änderung des Bewegungszustandes
an den Anschlägen wird die gesamte Mechanik zu Schwingungen
und Ausgleichsvorgängen angeregt,
- – die beim Aufschlag entstehende Schallemission ist
störend und unerwünscht,
- – durch die hohe Aufschlagenergie wird die Kontaktstelle
zwischen Ankerkolben und Anschlägen mit der Zeit mechanisch
deformiert; das Material kann ermüden und bei häufiger
Betätigung mit der Zeit zerstört werden,
- – durch die Schläge beim Aufprall können
sich Fügestellen im Magneten oder bei angrenzenden Strukturelementen
lösen.
-
Als
weniger kritisch wurde bei Schnellschaltmagneten die unmittelbare
Folge des Anschlagens, nämlich das Zurückprellen
des Ankers angesehen. Daher konzentrieren sich gemäß dem
Stand der Technik die Abstellmaßnahmen auf die Beseitigung der
störenden Folgen des Aufpralls. Dies erfolgt beispielsweise
durch den Einbau von Dämpfungselementen.
-
Die
Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Schnellschaltmagnet der
eingangs genannten Art insbesondere für das oben beschriebene
Einsatzgebiet derart auszubilden, dass nach dem Ende des Rückhubs
zuverlässig ausgeschlossen ist, dass der Stößel
in den dem Magneten entgegen gesetzten Hubraum hinter der Referenzfläche
eintaucht.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Ankerkolben und der Stößel mechanisch
voneinander getrennt sind, die Rückstehposition des Stößels
sich in unbestromtem Zustand in einem Sicherheitsabstand hinter
einer Referenzfläche befindet, und zwischen Ankerkolben
und Hubbegrenzung eine Wandlereinheit angeordnet ist, welche die kinetische
Energie des Ankerkolbens aufnimmt.
-
Durch
die Trennung wird eine Verschiebung in der Zeit zwischen dem Zurückprellen
des Stößels und des Ankerkolbens erreicht. Der
Ankerkolben pellt regelmäßig erst dann zurück,
wenn die Prellbewegungen des Stößels bereits abgeschlossen
sind, so dass das Zurückprellen des Ankerkolbens nicht
mehr schädlich ist. Hinzu kommt, dass bei dem erfindungsgemäßen
Schnellschaltmagneten neben der normalen Dämpfung zusätzlich
auch noch das Zurückprellen des Ankers reduziert wird.
-
Von
Vorteil ist, wenn die Masse des Stößels sehr viel
kleiner als die des Ankerkolbens ist. Dadurch wird erreicht, dass
die Prellbewegungen des Stößels schneller abklingen.
-
Es
hat sich bewährt, dass die Feder über Mitnehmerelemente
indirekt und nur bereichsweise auf den Stößel
wirkt. Dadurch hat der Stößel eine eigene Hubbegrenzung,
und kann ohne wesentliche Beeinflussung durch die Feder einen Prellvorgang
schnell abschließen.
-
Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Hubbegrenzung und/oder
Wandlereinheit derart ausgebildet ist/sind, dass sie den Impuls
derart umwandelt, dass der Impuls isotrop und/oder in nicht axialer Richtung
an andere Strukturelemente weitergegeben wird (Dissipation).
-
Erfindungsgemäß kann
der Stößel in unbestromtem Zustand mit seiner
zum Ankerkolben gerichteten Fläche plan zum Konus ausgerichtet
sein.
-
In
vorteilhafter Weise kann der Stößel vor Hubbeginn
durch eine Vorbestromung in eine Arbeitsposition dicht vor der Referenzfläche
gebracht werden.
-
Erfindungsgemäß kann
das Element wenigstens ein Energiespeicher aus folgender Gruppe
sein: Elastomer, O-Ring, Elastomerplatte mit Wulst außen, Elastomerplatte
in Form einer Krone, aufgesetzter Kolben mit schwacher Rückstellfeder,
aufgesetzte Kugel mit schwacher Rückstellfeder und Drahtgeflecht.
-
Dabei
kann das Element an der Hubbegrenzung oder am Ankerkolben befestigt
sein.
-
Alternativ
kann das Element eine Schraubenfeder, eine ausgefüllte
Kronenfeder oder eine Tellerfeder sein, die lose zwischen Ankerkolben
und Hubbegrenzung liegen.
-
Wenn
die Kontaktzone zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung exzentrisch
zur Achse des Ankerkolbens liegt schlägt der Ankerkolben
schräg auf der Hubbegrenzung auf, sodass der Impuls teilweise
als Querkraft im Ankerraum wirksam wird und die Energiedissipation
durch Lagerreibung vergrößert.
-
Erfindungsgemäß kann
die exzentrische Kontaktzone zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung
durch eine Erhebung gebildet sein.
-
In
vorteilhafter Weise kann die Hubbegrenzung derart ausgebildet sein,
dass eine Energiedissipation durch verdrängte Luft zwischen
Ankerkolben und Hubbegrenzung bzw. Wandlereinheit erfolgt. Dazu
können in der Hubbegrenzung Kanäle zum gesteuerten
Entweichen der Luft zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung eingebracht
sein, wobei erfindungsgemäß die Kontaktzone zwischen
Ankerkolben und Hubbegrenzung in konkaver oder linsenartiger Form
ausgebildet sein kann.
-
Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Hubbegrenzung derart
ausgebildet ist, dass eine Energiedissipation durch biegeschlaffes
Material der Hubbegrenzung erfolgt, das Aluminiumschaum, Thermoplast
mit Glaskugelfüllung, Elastomerschaum und/oder Sand sein
kann.
-
Erfindungsgemäß kann
die Hubbegrenzung derart ausgebildet sein, dass eine hydraulische
Energiedissipation durch ein Zweikammersystem in der Hubbegrenzung
oder über eine lange Gleitreibungsstrecke zwischen Ankerkolben
und Joch bzw. Hubbegrenzung erfolgt.
-
Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dabei zeigen:
-
1 einen
erfindungsgemäßen Schnellschaltmagneten in unbestromtem
Zustand,
-
2 Schnellschaltmagnet
in bestromtem Zustand,
-
3 hintere
Teil des Schnellschaltmagnets mit dem Ankerkolben gemäß 1 mit
kegelförmigen Boden,
-
4 die
Scheibe gemäß 3 und
-
5 bis 11 weitere
Ausbildungen zur Abbremsung des Ankerkolbens.
-
In
den 1 und 2 ist ein Schnellschaltmagnet
in unbestromtem Zustand mit einem Gehäuse 1 dargestellt,
in dem ein Ankerkolben 2 beweglich angeordnet ist. Das
Gehäuse 1 ist auf der einen Seite mit einer Hubbegrenzung 3 abgeschlossen,
während auf der anderen Seite ein Konus 4 angeordnet
ist. In dem Konus 4 ist ein Stößel 5 gelagert,
der beispielsweise eine Verriegelung in einem Kurbeltrieb be wirken
soll. Der Konus 4 weist auf seiner dem Ankerkolben 2 zugewandten
Seite eine Vertiefung auf, in die der Ankerkolben 2 bei
Bestromung eingreift. Auf der anderen Seite ist der Konus 4 mit
einer Aussparung versehen die durch eine Führung 6 für
den Stößel 5 abgedeckt ist, so dass sich
ein Federraum bildet. An dem Konus 4 ist ein Befestigungsflansch 7 zur
Montage des Schnellschaltmagnets beispielsweise an einem Motor eines
Kfz vorgesehen.
-
In
dem Federraum stützt sich eine Feder 8 an der
Führung 6 ab und drückt in der Ruhestellung über
einen Federteller 9 und eine Hülse 10 auf
den Stößel 5, so dass dieser mit der
dem Ankerkolben 2 zugewandten Seite des Konus 4 fluchtet,
wobei der Federteller 9 in der Ruhestellung in einem äußeren Federraumbereich
und die Hülse 10 in der Ruhestellung in einem
inneren Federraumbereich auf dem Konus 4 aufliegen. Das
bedeutet, dass die Hülse 10 mit dem Stößel 5 verbunden
ist und die Feder 8 über den Federteller 9 auf
die Hülse 10 wirkt und damit den Stößel 5 mitnimmt
bzw. der Stößel 5 die Feder 8 auf diesem
Wege spannt.
-
Der
Luftspalt zwischen Konus 4 und einem den Ankerkolben 2 umgebenden
Joch 11 wird von einer Erregerspule 12 umfasst,
die den Ankerkolben 2 bei Bestromung auslenkt. In einer
ersten Stärke der Bestromung wird der Ankerkolben 2 leicht
gegen den Stößel 5 gedrückt,
so dass keine oder nur eine geringe Auslenkung des Stößels 5 erfolgt.
In einer zweiten Stärke der Bestromung wird der Ankerkolben 2 derart gegen
den Stößel 5 gedrückt, dass
dieser entgegen der Kraft der Feder 8 aus der Führung 6 ragt
und dadurch eine Verriegelung in einem nicht dargestellten Kurbeltrieb
bewirkt.
-
Am
Boden des Ankerkolbens 2 ist eine Dämpfungsscheibe 13 angebracht,
die bewirkt, dass der Aufprall des Ankerkolbens 2 bei Unterbrechung der
Bestromung abgefangen und die Energie des Ankerkolbens 2 zwischengespeichert
wird.
-
Die Öffnung
der Führung 6 bildet eine Referenzfläche 14 senkrecht
zur Mittelachse des Stößels 5. In unbestromtem
Zustand des Schnellschaltmagnets bildet die Vorderkante des Stößels 5 die
Rückstehposition 15. Bei leichter Bestromung verbleibt der
Stößel 5 in seiner Stellung oder wird
bis knapp vor die Referenzfläche 14 bewegt. Bei
voller Bestromung werden der Ankerkolben 2 und der Stößel 5 gegen
einen Anschlag im Konus 4 gedrückt, so dass der
Stößel 5 bis zu einer Vorstehposition 16 reicht und
beispielsweise in einen Kurbeltrieb eingreift und dessen Verriegelung
bewirkt.
-
Wird
der Schnellschaltmagnet abgeschaltet, beschleunigt die Feder 8 den
Stößel 5 und damit den Ankerkolben 2 über
den Federteller 9 und die Hülse 10 nach
hinten. Zuerst schlägt der Federteller 9 auf dem
Konus 4 auf, so dass der Stößel 5 und
der Ankerkolben 2 von der Federkraft abgekoppelt werden und
keine weitere Beschleunigung erfahren. Anschließend schlägt
die Hülse 10 in einer Vertiefung des Konus 4 auf,
so dass der Stößel 5 abgebremst wird.
Sollte er Prellen, so kann der aufgrund seines geringen Gewichts
nicht gegen die Kraft der Feder 8 weiter als bis zum Rückstehposition 15 schnellen. Der
Ankerkolben 2 wird weiter bewegt, bis die Dämpfungsscheibe 13 auf
der Hubbegrenzung 3 aufschlägt und den Aufprall
des Ankerkolbens 2 abfängt. Durch die Dämpfungsscheibe 13 wird
die Energie zwischengespeichert und erst nach einer gewissen Zeit
mit geringerer Amplitude an den Ankerkolben 2 übertragen,
der zwar nun prellen kann, dessen Auswirkungen aber keine Beeinträchtigung
des Schaltverhaltens mehr zeigen, da nunmehr der Schnellschaltmagnet
bereits ausreichend lange vom Kurbeltrieb getrennt ist.
-
In
der 3 ist der hintere Teil des Schnellschaltmagnets
mit dem Ankerkolben 2 dargestellt, dessen seine dem Stößel 5 abgewandte
Fläche, sein Boden, mit einem Kegel 17 versehen
ist, der in eine in 4 näher dargestellte,
mit Einschnitten 18 versehene Gummischeibe 19 eingedrungen
ist. Beim Eindringen des Kegels 17 in die Einschnitte 18 der Gummischeibe 19 wird
die kinetische Energie des Ankerkolbens 2 in Wärme-
und Walkenergie umgesetzt. Dadurch wird der Ankerkolben 2 einerseits
stufenweise abgebremst. Durch die Verluste bei der Umwandlung der
Energie ein mögliches Prellen des Ankerkolbens 2 reduziert.
-
In
der 5 wird der Energiespeicher bzw. -wandler durch
eine Kugel 20 mit schwacher Rückstellfeder 21 gebildet,
die die Kugel gegen den Ankerkolben 2 drückt.
Durch die zusammengedrückte Rückstellfeder 21 wird
ein Teil der Energie in der Rückstellfeder 21 gespeichert,
während im Anschlag die Kugel 20 den Ankerkolben 2 auffängt.
Anstelle der Kugel 20 kann auch ein Kolben eingesetzt werden.
-
Eine
Energiedissipation kann gemäß 6 auch
durch einen vor der Hubbegrenzung 3 angeordneten Sandsack 22 erreicht
werden, der den aufprallenden Ankerkolben 2 abbremst Energie
umwandelnd wirkt und ein Rückprellen vermindert.
-
Auch
ein in der Hubbegrenzung 3 angeordnetes Drahtgeflecht 23 aus
kleinen Quer- und Längsdrähten (7)
kann den Ankerkolben 2 weich auffangen. Die Quer- und Längsdrähte
des Drahtgeflechts 23 können, wie dargestellt,
je eine getrennte Lage bilden. Sie können aber auch miteinander
verflochten sein. Auch können sie beispielsweise durch Schweißpunkte
miteinander verbunden sein, so dass sie ein Gitter bilden.
-
Bei
der Ausführungsform gemäß 8 ist auf
einer Seite der Bodenfläche des Ankerkolbens 2 bzw.
auf einer Seite der Hubbegrenzung 3 eine Erhebung 24,
beispielsweise ein Schweißpunkt, angebracht, so dass sich
beim Aufschlagen der Erhebung 24 auf die Hubbegrenzung 3 bzw.
beim Aufschlagen des Ankerkolben 2 auf der Erhebung 24 der
Ankerkolben 2 leicht verkantet und durch diese Energiedissipation
ein Prellen vermindert wird.
-
Wird
die Hubbegrenzung 3 gegenüber dem Ankerkolben 2 dicht
ausgeführt, so kann das in der Hubbegrenzung 3 gebildete
Luftpolster den Ankerkolben 2 abbremsen, wie dies anhand
der 9 dargestellt ist, in der der Ankerkolben 2 kurz
nach Abschaltung der Bestromung unmittelbar vor dem Aufschlag an
der Hubbegrenzung 3 gezeigt ist. Werden nun Kanäle 25 in
die Hubbegrenzung 3 eingebracht, so kann zwar Luft entweichen,
sind die Kanäle 25 aber eng genug, so ist die
Bremswirkung noch ausreichend. Durch die Kanäle 25 lässt
sich auch der Bremsverlauf einstellen. Sind die Kanäle 25 in
unterschiedlichen Höhen, wird die Bremskraft mit jedem weiteren
durch den Ankerkolben 2 verschlossenen Kanal 25 größer.
Wird im Boden der Hubbegrenzung 3 kein Kanal 25 eingebracht,
wird der Ankerkolben 2 nach Verschluss aller seitlichen
Kanäle 25 vollständig vom verbliebenen
Luftpolster abgefangen.
-
In
der 10 ist eine weitere Ausführungsform eines
Maschinenelements mit einer Elastomerplatte mit Wulst 26 als
Energiespeicher dargestellt.
-
Die
Elastomerplatte kann auch, wie in 11 dargestellt,
in Form einer Krone 27 ausgebildet sein.
-
Die
erfindungsgemäßen Ausbildungen des Schnellschaltmagneten
erfolgen durch eine Kombination entsprechend konstruktiver Merkmale
und Verfahrensmerkmale des Schnellschaltmagneten. Ergänzt
werden die konstruktiven Maßnahmen noch durch die Verwendung
spezieller Materialien, die eine Umwandlung der Bewegungsenergie
in Wärme und Schall (Dissipation) bewirken. Diese Materialien sollen
sich plastisch verformen, jedoch volumenstabil bleiben.
-
Zusammengefasst
offenbart die Erfindung, dass der Ankerkolben 2 und der
Stößel 5 nicht mechanisch miteinander
verbunden sind. Falls sich der Stößel 5 in
der Rückstehposition 15 befindet, besteht kein
Formschluss zwischen Stößel 5, Ankerkolben 2 und
Hubbegrenzung 3. In axialer Richtung hat der Ankerkolben 2 Spiel.
Die Rückstehposition 15 des Stößels 5 in
unbestromtem Zustand befindet sich in einem Sicherheitsabstand hinter
der Referenzfläche 14, so dass ein eventuelles
"Restprellen" nicht mehr schädlich wirkt. Vor Hubbeginn
wird der Stößel 5 durch eine Vorbestromung
in eine Arbeitsposition dicht vor der Referenzfläche 14 gebracht
(Verschieben des Impulses im Raum). Der Stößel 5 sollte
plan zum Konus 4 sein. Zwischen Ankerkolben 2 und
Hubbegrenzung 3 ist ein Maschinenelement angebracht, das
die kinetische Energie des Ankerkolbens 2 zwischenspeichert
und erst wieder als Impulsenergie an den Ankerkolben 2 zurückgibt,
wenn das Zurückprellen nicht mehr schädlich ist
(Verschieben des Impulses in der Zeit). Die Feder 8 wirkt
nur auf den Stößel 5. Die Hubbegrenzung 3 wandelt
den Impuls in der Art, dass der Impuls isotrop oder in nicht axialer
Richtung an andere Strukturelemente weitergegeben wird (Dissipation),
wobei die Masse des Stößels 5 sehr viel
kleiner als die des Ankerkolbens 2 ist. Diese Wandelung
zerlegt die kinetische Energie in mehrere Teilpakete, die zeitlich
und räumlich versetzt zurückgespiegelt werden
und dazu noch in der Amplitude verringert sind. Bis zum Aufprall
des Ankerkolbens 2 wird die gespeicherte Energie in mehrere
Impulse aufgeteilt, wobei folgende Reihenfolge eingehalten wird:
Anschlag
der Feder 8 an den Konus 4,
Anschlag des
Stößels 5 an den Konus 4 und
Anschlag
des Ankerkolbens 2 an die hintere Hubbegrenzung 3.
-
Die
Impulswandlung kann durch eine elastische Stoßwelle (Schall),
durch Abstrahlung von Wärme (Phononen), durch Bewegung
von Versetzungen (elastische Hysterese), durch Impulsübertrag
in nicht axialer Richtung (Verzerrung), durch Impulsübertrag an
viele kleine Massen (Kiesbett), durch Induktion von Wirbelströmen
oder Verschiebungsströmen (Piezoeffekt) oder durch Wandlung
in pneumatische oder hydraulische Energie (Klebeeffekte) erfolgen.
-
Die
allgemein bekannten "Endlagendämpfungen" sind meistens
empirisch entstandene Lösungen, die nur in dem beschriebenen
Umfeld für einen einzigen Be triebspunkt eine genügende
Impulsdissipation erzeugen. Durch die erfindungsgemäße
Trennung in räumliche Verschiebung, Verzögerung
und Verteilung ergeben sich Freiheitsgrade, um eine ausreichende
Funktion in allen Betriebspunkten sicher zu stellen.
-
Die
Kombination der oben beschriebenen erfindungsgemäßen
Merkmale hat folgende Vorteile:
Wegen der Trennung von Ankerkolben 2 und
Stößel 5 schlägt der Stößel 5 am
Konus 4 auf; der Ankerkolben 2 schlägt
an der Hubbegrenzung 3 an. Damit wird der Impuls des relativ
schweren Ankerkolbens 2 an der Hubbegrenzung 3 dissipiert.
Der dagegen relativ kleine Impuls des Stößels 5 und
der Feder 8 wird am Konus 4 im Rahmen sehr schneller
Ausgleichsvorgänge abgebaut. Umgekehrt schlägt
der Ankerkolben 2 im Konus 4 auf und kann die
große kinetische Energie auf eine große Fläche
verteilen, ohne dass Einbußen in der Genauigkeit der Vorstehposition
des Stößels zu erwarten sind. Durch die Rückstehposition 15 "hinter"
der Referenzfläche 14 hat eine nicht 100%tige
Dissipation der Impulsenergie des Ankerkolbens 2 keine
schädliche Wirkung für die Funktion des Gesamtsystems.
Das Maschinenelement (Dämpfungselement) im Raum zwischen
Ankerkolben 2 und Hubbegrenzung 3 speichert die
Impulsenergie für eine gewisse Zeit, um auch langsam einsetzende
Dissipationsmechanismen (z. B. Wärmeleitung) Zeit für
eine Wirkung zu geben. Außerdem kann durch die Speicherung
die maximale Kraft zwischen Ankerkolben 2 und Hubbegrenzung 3 limitiert
werden. Dadurch können Lebensdauerprobleme an der Kontaktzone
im Anschlag vermieden werden. Die Dissipation der kinetischen Energie
an der Hubbegrenzung 3 verringert die Energie des reflektierten Impulses
und vermeidet somit das schädliche Prellen des Ankerkolbens 2.
Diese Dissipation wird teilweise als Dämpfung bezeichnet.
Dämpfung ist jedoch ein Vorgang, der dem Bewegungsvorgang
und nicht dem speziellen Stoßvorgang zugeordnet ist. Daher
muss die unspezifische Dämpfung von der durch Gestaltung
der Hubbegrenzung 3 parametrierbaren Impulsdissipation
abgegrenzt werden.
-
Die
Ausgestaltung des erfinderischen Gegenstandes bezieht sich auf die
Ausbildung des Energiespeichers und der Hubbegrenzung 3.
Der Energiespeicher kann am Ankerkolben 2 angeordnet oder befestigt
sein. Eingesetzt werden können Elastomere auf dem Boden
des Ankerkolbens 2, ein O-Ring am Ankerkolben 2,
eine Elastomerplatte mit Wulst außen, eine Elastomerplatte
in Form einer Krone, ein aufgesetzter Kolben mit schwacher Rückstellfeder, eine
aufgesetzte Kugel mit schwacher Rückstellfeder oder ein
Drahtgeflecht.
-
Als
Energiespeicher kann erfindungsgemäß auch eine
Schraubenfeder, ausgefüllte Kronenfeder oder Tellerfeder
eingesetzt werden, die lose zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung
liegen.
-
Der
Impuls wird teilweise als Querkraft im Ankerraum wirksam und die
Energiedissipation durch Lagerreibung vergrößert,
wenn die Kontaktzone zwischen Ankerkolben und Hubbegrenzung exzentrisch
zur Magnetachse liegt, so dass der Ankerkolben schräg auf
die Hubbegrenzung aufschlägt.
-
Eine
Energiedissipation kann durch verdrängte Luft zwischen
dem Maschinenelement und der Hubbegrenzung 3 am Ankerkolben 2 bewirkt
werden, wobei die Kontaktzone in konkaver oder linsenartiger Form
ausgeführt sein kann.
-
Ausreichende
Energiedissipationen können auch durch biegeschlaffes Material
in der Hubbegrenzung wie beispielsweise Aluminiumschaum, Thermoplast
mit Glaskugelfüllung, Elastomerschaum und/oder Sand erzielt
werden.
-
Eine
hydraulische Energiedissipation kann durch ein Zweikammersystem
in der Hubbegrenzung erreicht werden.
-
Eine
lange Gleitreibungsstrecke für den Ankerkolben 2 bewirkt
aufgrund einer hervorragenden Dissipation ein Abbremsen desselben.
-
- 1
- Gehäuse
- 2
- Ankerkolben
- 3
- Hubbegrenzung
- 4
- Konus
- 5
- Stößel
- 6
- Führung
- 7
- Befestigungsflansch
- 8
- Feder
- 9
- Federteller
- 10
- Hülse
- 11
- Joch
- 12
- Erregerspule
- 13
- Dämpfungsscheibe
- 14
- Referenzfläche
- 15
- Rückstehposition
- 16
- Vorstehposition
- 17
- Kegel
- 18
- Einschnitte
- 19
- Gummischeibe
- 20
- Kugel
- 21
- schwache
Rückstellfeder
- 22
- Sandsack
- 23
- Drahtgeflecht
- 24
- Erhebung
- 25
- Kanäle
- 26
- Elastomerplatte
mit Wulst außen
- 27
- Elastomerplatte
in Form einer Krone
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6929242
B2 [0002]
- - DE 10251851 A1 [0002]