DE102010036250A1 - lifting magnet - Google Patents
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Abstract
Eine Hubmagnetanordnung umfasst eine Erregerspule zur Erzeugung eines Magnetfelds und einen durch das Magnetfeld der Erregerspule entlang einer Hubrichtung anziehbaren Anker. Der Anker weist zumindest einen ersten Ankerabschnitt und einen zweiten Ankerabschnitt auf, die getrennt voneinander beweglich sind, wobei in einem unerregten Ausgangszustand der Hubmagnetanordnung der erste Ankerabschnitt in einer geringeren Wirknähe zu der Erregerspule angeordnet ist als der zweite Ankerabschnitt, wobei der zweite Ankerabschnitt über wenigstens eine Mitnehmereinrichtung derart mit dem ersten Ankerabschnitt gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung des ersten Ankerabschnitts entlang der Hubrichtung der erste Ankerabschnitt den zweiten Ankerabschnitt mitnimmt.A lifting magnet arrangement comprises an excitation coil for generating a magnetic field and an armature which can be attracted by the magnetic field of the excitation coil along a stroke direction. The armature has at least a first armature section and a second armature section, which are movable separately from one another, wherein in an unexcited initial state of the lifting magnet arrangement, the first armature section is arranged in a smaller operative proximity to the excitation coil than the second armature section, the second armature section via at least one The driver device is coupled to the first anchor section in such a way that when the first anchor section moves along the stroke direction, the first anchor section entrains the second anchor section.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hubmagnetanordnung, insbesondere zur Betätigung einer Drehmomentübertragungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug, mit einer Erregerspule zur Erzeugung eines Magnetfelds und einem durch das Magnetfeld der Erregerspule entlang einer Hubrichtung anziehbaren Anker.The present invention relates to a lifting magnet arrangement, in particular for actuating a torque transmission device in a motor vehicle, comprising an excitation coil for generating a magnetic field and an armature which can be attracted by the magnetic field of the excitation coil along a stroke direction.
Solche Hubmagnetanordnungen können beispielsweise dazu eingesetzt werden, Reibungskupplungen, Klauenkupplungen oder Bremsen von Kraftfahrzeugen zu betätigen. Der bewegliche Anker kann zu diesem Zweck mit einem Stellelement der entsprechenden Vorrichtung gekoppelt sein. Zur Verstärkung der Magnetkraft kann die Erregerspule um ein Joch oder einen Kern aus magnetisierbarem Material gewickelt sein. Zwischen dem Anker und der Erregerspule bzw. einer vorderen Anschlagfläche des Jochs besteht im Allgemeinen ein Luftspalt, durch den auch der maximale Verstellhub gegeben ist.Such Hubmagnetanordnungen can be used, for example, to operate friction clutches, jaw clutches or brakes of motor vehicles. The movable armature may be coupled for this purpose with an actuator of the corresponding device. To amplify the magnetic force, the excitation coil can be wound around a yoke or a core of magnetizable material. Between the armature and the exciter coil or a front abutment surface of the yoke there is generally an air gap through which the maximum Verstellhub is given.
Die magnetische Flussdichte ist im Zentrum der Erregerspule am größten und fällt mit zunehmender Entfernung von der Erregerspule stark ab. D. h. die auf den Anker ausgeübte magnetische Kraft steigt beim Anziehen des Ankers mit geringer werdendem Luftspalt steil an. Dies ist insofern problematisch, als die Anziehungskraft bei großem Luftspalt, also zu Beginn der Hubbewegung, zu schwach für einen zuverlässigen Betrieb sein kann. Kurz vor Erreichen des Endanschlags steigt die Anziehungskraft stark an und erreicht wesentlich höhere Werte als eigentlich erforderlich wären. Grundsätzlich bestünde hier die Möglichkeit, den maximalen Abstand zwischen der Erregerspule und dem Anker zu verringern und so die Anziehungskraft allgemein zu erhöhen. Jedoch ist bei vielen Anwendungen der Verstellhub fest vorgegeben. Z. B. muss der Verstellhub für die Betätigung einer Klauenkupplung mindestens so groß sein wie die Höhe der Klauen. Die Hubmagnetanordnung muss bei derartigen Anwendungen daher ausreichend dimensioniert sein, um auch zu Beginn der Hubbewegung, also bei maximal großem Luftspalt, eine ausreichende Anziehungskraft für den Anker bereitzustellen. Dies ist jedoch mit einem hohen Aufwand und dementsprechenden Kosten verbunden.The magnetic flux density is greatest in the center of the exciting coil and decreases sharply with increasing distance from the exciting coil. Ie. the magnetic force exerted on the armature increases sharply as the armature tightens as the air gap narrows. This is problematic in that the attractive force with a large air gap, ie at the beginning of the lifting movement, can be too weak for reliable operation. Shortly before reaching the end stop, the attraction increases sharply and reaches much higher values than would actually be required. In principle, here there would be the possibility of reducing the maximum distance between the excitation coil and the armature and thus generally increasing the attraction. However, in many applications, the Verstellhub is fixed. For example, the adjustment stroke for operating a dog clutch must be at least as great as the height of the jaws. The Hubmagnetanordnung must therefore be sufficiently dimensioned in such applications in order to provide sufficient attraction for the anchor even at the beginning of the stroke, so at maximum air gap. However, this is associated with a high cost and corresponding costs.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hubmagnetanordnung anzugeben, welche die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.The object of the invention is to provide a solenoid assembly which avoids the disadvantages mentioned above.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Hubmagnetanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved by a lifting magnet arrangement having the features of
Erfindungsgemäß weist der Anker zumindest einen ersten Ankerabschnitt und einen zweiten Ankerabschnitt auf, die getrennt voneinander beweglich sind, wobei in einem unerregten Ausgangszustand der Hubmagnetanordnung der erste Ankerabschnitt in einer geringeren Wirknähe zu der Erregerspule angeordnet ist als der zweite Ankerabschnitt, wobei der zweite Ankerabschnitt über wenigstens eine Mitnehmereinrichtung derart mit dem ersten Ankerabschnitt gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung des ersten Ankerabschnitts entlang der Hubrichtung der erste Ankerabschnitt den zweiten Ankerabschnitt mitnimmt.According to the invention, the armature has at least a first armature section and a second armature section, which are movable apart from one another, wherein in an unexcited initial state of the Hubmagnetanordnung the first armature section is disposed in a closer proximity to the exciter coil than the second armature section, wherein the second armature section over at least a driver device is coupled to the first anchor portion such that upon movement of the first anchor portion along the stroke direction of the first anchor portion entrains the second anchor portion.
Der Anker ist also mehrteilig ausgeführt und die einzelnen Teile sind z. B. in unterschiedlicher Entfernung zur Erregerspule oder zu einer vorderen Anschlagfläche eines Jochs angeordnet. Die einzelnen Teile sind relativ zueinander beweglich, jedoch nicht voneinander unabhängig, da die Mitnehmereinrichtung beispielsweise den zweiten Ankerabschnitt in Hubrichtung mitzieht, wenn der erste Ankerabschnitt angezogen wird. Bei einer Aktivierung der Erregerspule wird aufgrund der steilen Kraft-Wirknähe-Kennlinie zunächst nur der erste Ankerabschnitt angezogen, da er die geringste Wirknähe zu der Erregerspule aufweist. Durch die Mitnehmereinrichtung wird der zweite Ankerabschnitt jedoch mitgezogen, wodurch sich dessen Wirknähe zu der Erregerspule ebenfalls verringert. Sobald der erste Ankerabschnitt einen Anschlag an der Erregerspule oder an einem Joch erreicht hat, bleibt er stehen und trägt nicht mehr zur Hubbewegung bei. Allerdings ist nun der zweite Ankerabschnitt ausreichend nahe an der Erregerspule, dass auch er angezogen wird. Der zweite Ankerabschnitt kann sich weiter auf die Erregerspule zu bewegen und so die benötigte Stellbewegung der Hubmagnetanordnung fortführen.The anchor is thus executed in several parts and the individual parts are z. B. arranged at different distances to the exciter coil or to a front abutment surface of a yoke. The individual parts are movable relative to one another, but not independent of each other, since the entrainment device, for example, pulls the second anchor portion in the stroke direction when the first anchor portion is tightened. When the exciter coil is activated, only the first armature section is initially attracted due to the steep force-effect proximity characteristic since it has the least effective proximity to the exciter coil. However, the second anchor portion is pulled along by the entrainment device, as a result of which its proximity to the exciter coil is likewise reduced. As soon as the first anchor section has reached a stop on the excitation coil or on a yoke, it stops and no longer contributes to the lifting movement. However, now the second armature section is sufficiently close to the exciter coil that it too is attracted. The second armature section can continue to move on the excitation coil and thus continue the required adjustment movement of the Hubmagnetanordnung.
Durch die Unterteilung des Ankers und das Vorsehen einer Mitnehmereinrichtung ist es somit möglich, eine gleichmäßigere Ankerkraft über die Hubstrecke zu erreichen als bei Verwendung eines einteiligen Ankers. Durch die Größe und Form der Ankerabschnitte sowie den Unterschied der Wirknähe kann die Kennlinie der Hubmagnetanordnung in weiten Bereichen an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Wenn der erste Ankerabschnitt den Anschlag am Ende der Hubstrecke erreicht hat, trägt er vorteilhafterweise nur in geringem Maße zum elektrischen Leistungsverbrauch bei, da zwar die magnetische Flussdichte relativ hoch ist, jedoch kein Luftspalt vorhanden ist.By the subdivision of the armature and the provision of a driver, it is thus possible to achieve a more uniform anchor force over the stroke distance than when using a one-piece armature. Due to the size and shape of the anchor sections and the difference in the effect proximity, the characteristic curve of the Hubmagnetanordnung can be adapted in many areas to the particular application. If the first anchor portion has reached the stop at the end of the stroke, he contributes advantageously only to a small extent to the electrical power consumption, since although the magnetic flux density is relatively high, but no air gap is present.
Die Erfindung kann nicht nur in jenen Fällen von Nutzen sein, wo von vornherein ein großer Hubweg zu überwinden ist, wie beispielsweise bei Klauenkupplungen, sondern sie ist vorteilhaft auch einsetzbar in Fällen, wo der Hubweg sich innerhalb der Gebrauchsdauer ändert, beispielsweise durch Verschleiß von Kupplungsscheiben. Herkömmliche Magnetaktuierungen können in solchen Fällen oftmals nicht verwendet werden, da eine solche Änderung des Hubwegs zum völligen Verlust der Funktion führen kann.The invention can be useful not only in those cases where a long stroke is to be overcome from the outset, such as jaw clutches, but it is also advantageous in cases where the stroke changes within the service life, for example by wear of clutch discs , Conventional Magnetaktuierungen can often not be used in such cases, since such a change of the stroke can lead to complete loss of function.
Die Mitnehmereinrichtung kann direkt an dem ersten Ankerabschnitt vorgesehen sein. Sie kann dazu ausgebildet sein, den zweiten Ankerabschnitt direkt mitzunehmen. Alternativ kann die Mitnehmereinrichtung den zweiten Ankerabschnitt auch indirekt, beispielsweise über ein dem Anker zugeordnetes Stellelement, mitnehmen.The entrainment device can be provided directly on the first anchor portion. It can be designed to take the second anchor section directly. Alternatively, the entrainment device may also take the second anchor section indirectly, for example via an adjusting element associated with the armature.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Mitnehmereinrichtung dazu ausgebildet, eine weitere Bewegung des zweiten Ankerabschnitts entlang der Hubrichtung zu gestatten, wenn eine Bewegung des ersten Ankerabschnitts entlang der Hubrichtung durch einen Anschlag gestoppt worden ist. Die Mitnehmereinrichtung gibt also den zweiten Ankerabschnitt beim Anschlagen des ersten Ankerabschnitts für eine Bewegung in Hubrichtung frei, so dass sich der zweite Ankerabschnitt weiter auf die Erregerspule zu bewegt, obwohl der erste Ankerabschnitt stillsteht. Auf diese Weise wird der Verstellhub gewissermaßen auf die beiden Ankerabschnitte aufgeteilt.According to one embodiment of the invention, the driving device is configured to allow further movement of the second anchor portion along the stroke direction when movement of the first anchor portion along the stroke direction has been stopped by a stop. The entrainment device thus releases the second anchor portion when the first anchor portion is struck for movement in the stroke direction, so that the second anchor portion moves further toward the exciter coil, although the first anchor portion is stationary. In this way, the Verstellhub is effectively divided between the two anchor sections.
Die Mitnehmereinrichtung kann unmittelbar zwischen dem ersten Ankerabschnitt und dem zweiten Ankerabschnitt wirksam sein oder zwischen dem ersten Ankerabschnitt und einem mit dem zweiten Ankerabschnitt verbundenen Bauteil, insbesondere einem beweglichen Stellelement. Es kann also z. B. eine Mitnehmereinrichtung des ersten Ankerabschnitts am zweiten Ankerabschnitt angreifen und eine Mitnehmereinrichtung des zweiten Ankerabschnitts kann an einem Stellelement angreifen. Alternativ kann auch der zweite Ankerabschnitt einstückig mit dem Stellelement ausgebildet sein, sodass lediglich am ersten Ankerabschnitt eine Mitnehmereinrichtung vorzusehen ist. Der erste Ankerabschnitt könnte auch gleichzeitig am zweiten Ankerabschnitt und an einem Stellelement angreifen.The entrainment device can be effective directly between the first anchor section and the second anchor section or between the first anchor section and a component connected to the second anchor section, in particular a movable control element. It can therefore z. B. a driving device of the first anchor portion engage the second anchor portion and a driver of the second anchor portion can engage an actuator. Alternatively, the second anchor portion may be formed integrally with the adjusting element, so that only one driving device is to be provided on the first anchor portion. The first anchor portion could also simultaneously engage the second anchor portion and an actuator.
Vorzugsweise weist die Mitnehmereinrichtung wenigstens eine Hintergreifung und/oder eine Mitnehmerfeder auf. Die Mitnehmereinrichtung kann somit über einfache und kostengünstige mechanische Elemente realisiert werden.Preferably, the entrainment device has at least one rear engagement and / or a driver spring. The entrainment device can thus be realized via simple and inexpensive mechanical elements.
Der Anker kann weiterhin zumindest einen dritten Ankerabschnitt aufweisen, der über wenigstens eine Mitnehmereinrichtung mit dem zweiten Ankerabschnitt gekoppelt ist. Auch mehr als drei Ankerabschnitte könnten vorgesehen sein, wenn die Anwendung dies erfordern sollte. Die mehreren Ankerabschnitte können also eine mechanische Kette von einem ersten bis zu einem letzten Ankerabschnitt bilden, wobei jeder Ankerabschnitt über einen Mitnehmer mit einem vorangehenden und/oder einem nachfolgenden Ankerabschnitt gekoppelt ist. Der letzte Ankerabschnitt bewirkt jeweils die Stellbewegung der Hubmagnetanordnung, d. h. er ist z. B. mit einem Stellelement gekoppelt oder bildet selbst ein Stellelement.The anchor may further comprise at least a third anchor portion which is coupled via at least one entrainment means with the second anchor portion. Also more than three anchor sections could be provided if the application required it. The multiple anchor sections can thus form a mechanical chain from a first to a last anchor section, wherein each anchor section is coupled via a driver with a preceding and / or a subsequent anchor section. The last anchor section in each case causes the adjusting movement of the Hubmagnetanordnung, d. H. he is z. B. coupled with an actuator or forms itself an actuator.
In dem unerregten Ausgangszustand der Hubmagnetanordnung kann die jeweilige Wirknähe der Ankerabschnitte zu der Erregerspule von dem ersten Ankerabschnitt bis zu dem dritten Ankerabschnitt schrittweise zunehmen. Das Anziehen der Ankerabschnitte erfolgt somit stufenweise, wobei z. B. jeweils ein mitgenommener Ankerabschnitt beim Anschlagen des vorhergehenden Ankerabschnitts in eine ausreichende Wirknähe zu der Erregerspule gelangt, um selbst angezogen zu werden. Durch das stufenweise Anziehen kann eine besonders gleichmäßige Anziehungskraft über die Hubstrecke bereitgestellt werden.In the unexcited initial state of the Hubmagnetanordnung the respective Wirknähe the anchor sections to the excitation coil from the first anchor portion to the third anchor portion gradually increase. The tightening of the anchor sections is thus gradual, with z. B. each one entrained anchor portion when striking the previous anchor portion in a sufficient effect proximity reaches the exciter coil to be attracted yourself. By gradually tightening a particularly uniform attraction over the stroke can be provided.
Bevorzugt nimmt die jeweilige Wirknähe der Ankerabschnitte zu der Erregerspule in gleichen Schritten zu. Dies ermöglicht einen besonders gleichmäßigen Verlauf der Ankerkraft während der Hubbewegung.The respective proximity of the armature sections to the exciter coil preferably increases in equal steps. This allows a particularly uniform course of the anchor force during the lifting movement.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Anker scheibenförmig oder ringförmig ausgebildet und in mehrere Sektoren, Segmente oder Einzelringe unterteilt, welche die Ankerabschnitte bilden. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise ein mehrteiliger Anker realisiert werden.According to a further embodiment, the anchor is disc-shaped or annular and divided into a plurality of sectors, segments or individual rings, which form the anchor sections. As a result, a multi-part anchor can be realized in a particularly simple manner.
Vorzugsweise ist die Mitnehmereinrichtung auf Zug wirksam und insbesondere bügelartig ausgeführt. Beispielsweise kann ein Mitnehmerbügel direkt am ersten Ankerabschnitt vorgesehen sein, welcher den zweiten Ankerabschnitt teilweise hintergreift. Dies ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion.Preferably, the entrainment device is effective on train and in particular bow-shaped. For example, a Mitnehmerbügel be provided directly on the first anchor portion which engages behind the second anchor portion partially. This allows a particularly simple construction.
Es kann ferner eine Federeinrichtung vorgesehen sein, welche zumindest den ersten Ankerabschnitt gegenüber einem dem Anker zugeordneten Stellelement oder gegenüber dem zweiten Ankerabschnitt in Hubrichtung vorspannt. Eine derartige Vorspannfeder sorgt dafür, dass sich der erste Ankerabschnitt immer in der korrekten Ausgangsposition und insbesondere ausreichend nahe an der Erregerspule befindet, damit die Hubbewegung in Gang kommen kann. Auch für den zweiten Ankerabschnitt kann eine entsprechende Federeinrichtung vorgesehen sein.Furthermore, a spring device can be provided which pretensions at least the first armature section with respect to an actuating element assigned to the armature or with respect to the second armature section in the stroke direction. Such a biasing spring ensures that the first anchor portion is always in the correct starting position and in particular sufficiently close to the exciter coil, so that the lifting movement can get started. Also for the second anchor portion, a corresponding spring means may be provided.
Gemäß einer Ausgestaltung ist für jeden Ankerabschnitt eine Federeinrichtung vorgesehen, um den Ankerabschnitt in Hubrichtung vorzuspannen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sich alle Ankerabschnitte stets in der korrekten Ausgangsposition befinden.According to one embodiment, a spring device is provided for each armature section in order to bias the armature section in the stroke direction. In this way it can be achieved that all anchor sections are always in the correct starting position.
Weiterhin kann eine separate Federeinrichtung vorgesehen sein, welche ein dem Anker zugeordnetes Stellelement entgegen der Hubrichtung vorspannt. Eine derartige Federeinrichtung sorgt z. B. dafür, dass die der Hubmagnetanordnung zugeordnete Klauenkupplung stets geschlossen (oder stets geöffnet) ist, sofern die Erregerspule nicht aktiviert ist. Hierdurch kann insbesondere auf eine zweite, in entgegengesetzter Richtung wirkende Hubmagnetanordnung verzichtet werden. Furthermore, a separate spring device can be provided, which biases an armature associated adjusting element against the stroke direction. Such a spring device provides z. Example that the dog clutch associated with the dog clutch is always closed (or always open), unless the excitation coil is activated. As a result, in particular, a second, in the opposite direction acting Hubmagnetanordnung be dispensed with.
Eine erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung kann zur Bewerkstelligung vielfältiger Stellbewegungen eingesetzt werden, bevorzugt ist sie jedoch zur Betätigung einer Drehmomentübertragungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet, insbesondere zur Betätigung einer Reibungskupplung, einer Klauenkupplung oder einer Bremse.A solenoid assembly according to the invention can be used to accomplish a variety of positioning movements, but it is preferably designed for actuating a torque transmission device in a motor vehicle, in particular for actuating a friction clutch, a dog clutch or a brake.
Wie vorstehend erwähnt können der zweite Ankerabschnitt oder ein dem zweiten Ankerabschnitt nachgeordneter Ankerabschnitt starr oder über eine weitere Mitnehmereinrichtung mit einem dem Anker zugeordneten Stellelement der Drehmomentübertragungseinrichtung gekoppelt sein.As mentioned above, the second armature section or an armature section arranged downstream of the second armature section can be rigidly coupled or via a further entrainment device to an actuating element of the torque transmission device assigned to the armature.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.The invention will now be described by way of example with reference to the drawings.
Gemäß
Ein an dem ersten Ankerabschnitt
Wie in
Zusätzlich ist in
Zur Erläuterung der Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung ist in
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1111
- Erregerspuleexcitation coil
- 1212
- Jochyoke
- 1313
- Ankeranchor
- 13a13a
- erster Ankerabschnittfirst anchor section
- 13b13b
- zweiter Ankerabschnittsecond anchor section
- 13c13c
- dritter Ankerabschnittthird anchor section
- 14a14a
- vordere Anschlagfläche des ersten Ankerabschnittsfront abutment surface of the first anchor section
- 14b14b
- vordere Anschlagfläche des zweiten Ankerabschnittsfront abutment surface of the second anchor portion
- 1515
- Stellelementactuator
- 17, 17'17, 17 '
- Mitnehmerbügel des ersten AnkerabschnittsMitnehmerbügel the first anchor section
- 1919
- Mitnehmerbügel des zweiten AnkerabschnittsMitnehmerbügel the second anchor section
- 2121
- Einstückiges BauteilOne-piece component
- 2323
- Vorspannfederbiasing spring
- 2525
- Mitnehmerfederdriver spring
- 3131
- Anschlagpunktanchorage point
- 4141
- Bremsebrake
- 4242
- zu bremsende Welleto be braked shaft
- 4343
- gehäusefestes Bauteilhousing-fixed component
- 4545
- Bremsscheibebrake disc
- 4747
- BremsplattenBremsplatten
- 4949
- Spiralfederspiral spring
- 5151
- Zuleitungsupply
- 5353
- TellerfederBelleville spring
- 6161
- Klauenkupplungclaw clutch
- 6363
- Eingangswelleinput shaft
- 6565
- Ausgangswelleoutput shaft
- 6767
- Schiebemuffesliding sleeve
- 6969
- Stirnverzahnungspur gearing
- 7171
- Stirnverzahnungspur gearing
- 7373
- TellerfederBelleville spring
- FF
- Zugkrafttraction
- FmaxFmax
- maximale Zugkraftmaximum traction
- DD
- Abstanddistance
- HH
- Hubrichtungstroke direction
- D0D0
- Ausgangsentfernungoutput Distance
- D1D1
- Abstand des ersten AnkerabschnittsDistance of the first anchor section
- D2D2
- Abstand des zweiten AnkerabschnittsDistance of the second anchor section
- SS
- Hubstreckestroke distance
- LL
- Längelength
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