-
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb gemäß Anspruch 1.
-
Ein solcher elektromagnetischer Antrieb ist aus der
DE 200 00 397 U1 bekannt. Weitere elektromagnetische Antriebe ähnlicher Art wie dieser sind aus folgenden Druckschriften bekannt:
WO 2011/026 553 A1 ,
DE 78 23 613 U1 ,
DE 28 53 301 A1 ,
DE 16 14 159 A ,
US 3 728 654 A ,
US 3 126 501 A und
US 4 253 493 . Sie zeigen verschiedene technische Ausführungsformen. Die
US 4 253 493 beispielsweise zeigt ein Ventil mit einem bistabilen Aktuator. Zur axialen Umschaltung eines Kolbens durch die magnetische Anziehkraft von jeweils einem von zwei Dauermagneten, zwischen welchen der Kolben axial verschiebbar angeordnet ist, ist es erforderlich, das Dauermagnetfeld des einen Dauermagneten, welcher den Kolben in der einen Endstellung hält, durch ein zusätzliches elektromagnetisches Feld einer Elektromagnetspule stark zu schwächen oder ganz aufzuheben. Nur dann ist das Dauermagnetfeld des betreffenden anderen Dauermagneten stark genug, den Kolben magnetisch zu sich hin in die andere axiale Endstellung zu ziehen. Das elektromagnetische Feld muß während der gesamten axialen Bewegungsdauer des Kolbens von seiner einen Endstellung zur anderen Endstellung eingeschaltet bleiben. Wenn das elektromagnetische Feld vorher abgeschaltet würde, dann würde der Kolben auf der Bewegungsstrecke in einer Zwischenstation stehen bleiben, wo die beiden Dauermagnetfelder miteinander im magnetischen Gleichgewicht sind.
-
Ferner betrifft die Erfindung eine elektromagnetische Antriebsanlage, welche einen solchen elektromagnetischen Antrieb enthält.
-
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen elektromagnetischen Antriebes sowie die Verwendung einer solchen elektromagnetischen Antriebsanlage zur Betätigung von Stellgliedern wie beispielweise zur Betätigung von Ventilen, Stellzylindern, Relais, Transistoren, Thyristoren, elektrischen Schaltern, und insbesondere Drosselklappen, jeweils insbesondere für Verbrennungsmotoren und jeweils insbesondere für Motorradfahrantriebe.
-
Der elektromagnetische Antrieb nach der Erfindung erzeugt elektromagnetisch eine Linearbewegung des Ankers. Diese Linearbewegung kann in Form einer Linearbewegung auf andere Elemente übertragen werden oder in eine Rotationsbewegung umgewandelt werden und als Rotationsbewegung auf andere Elemente übertragen werden, beispielsweise mittels eines Klinkenantriebes.
-
Aus dem Stand der Technik ist ein Antrieb bekannt, welcher einen Elektromotor und ein Getriebe aufweist. Die hohe Drehzahl des Elektromotors wird von dem Getriebe in eine niedrigere Drehzahl umgewandelt. Zur Erzeugung von Bewegungen in wechselweise entgegengesetzten Bewegungsrichtungen ist zur abwechselnden Drehrichtungsumkehr des Elektromotors eine aufwändige elektrische Schaltung mit vielen Bauelementen nötig, beispielsweise eine Schaltung mit vier Leistungstreibern. Ferner ist der aus Elektromotor und Getriebe bestehende Antrieb teuer in der Herstellung. Er hat ein hohes Gewicht. Ferner ist er groß und benötigt einen großen Einbauraum in der betreffenden Anlage, in welcher er verwendet wird.
-
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen neuen, besonders vorteilhaften elektromagnetischen Antrieb zu schaffen. Dieser soll mit einer einfacheren elektrischen Schaltung als bekannte Anlagen betreibbar sein. Im Stand der Technik vorhandene Nachteile sollen reduziert werden.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen elektromagnetischen Antrieb und eine elektromagnetische Antriebsanlage gemäß den Patentansprüchen gelöst.
-
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
-
Demgemäß betrifft die Erfindung einen elektromagnetischen Antrieb, enthaltend eine hohlzylindrische Antriebsspule; einen Eisen enthaltenden oder aus Eisen bestehenden Anker in Form eines Kolbens, welcher im Spulenhohlraum axial zur Spulenzentrumsachse längs einer geradlinigen Bewegungsstrecke axial bewegbar angeordnet ist; axiale Endanschläge, welche axiale Endstationen des Ankers definieren; wobei die Antriebsspule zur Erzeugung jeweils eines im Spulenhohlraum auf den Anker wirkenden elektromagnetischen Antriebspulses ausgebildet ist, dessen elektromagnetische Kraft stark genug ist, um den Anker jeweils von der einen Endstation oder von der anderen Endstation durch die axiale Mitte der Bewegungsstrecke hindurch bis in die betreffende andere Endstation zu treiben; Haltemittel, welche derart vorgesehen sind, dass sie den Anker jeweils so lange in der jeweils erreichten Endstation halten, bis der Anker wieder durch einen erneut auf ihn wirkenden elektromagnetischen Antriebspuls der Antriebsspule von der erreichten Endstation durch die axiale Mitte der Bewegungsstrecke hindurch bis in die betreffende andere Endstation getrieben wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspule derart ausgebildet ist, dass mit ihr der elektromagnetische Antriebspuls derart erzeugbar ist, dass seine Länge kürzer als die axiale Bewegungsdauer des Ankers ist, die der Anker mit seinem axialen Eisenzentrum wahlweise jeweils entweder von der einen Endstation oder von der anderen Endstation bis zum Erreichen der axialen Mitte der Bewegungsstrecke benötigt; und dass entweder a) bei mindestens einer der beiden Endstationen, vorzugsweise bei jeder der beiden Endstationen, axial versetzt zur Mitte der Bewegungsstrecke mindestens eine Zusatzspule als Erkennungsspule zu induktiven Erkennung vorgesehen ist, ob sich der Anker in dieser Endstation befindet; und/oder b) dass mindestens eine Zusatzspule als elektromagnetische Reset-Spule derart vorgesehen ist, dass durch sie ein elektromagnetischer Reset-Puls erzeugbar ist, welche auf den Anker einwirken und ihn dadurch von einer zwischen den Endstationen hängengebliebenen Position in eine dieser Endstationen zurücktreiben kann; oder c) dass mindestens eine Zusatzspule derart vorgesehen ist, dass durch sie alternativ entweder ein elektromagnetisches Erkennungsfeld zur induktiven Erkennung erzeugbar ist, ob sich der Anker in dieser Endstation befindet, oder ein elektromagnetischer Reset-Puls erzeugbar ist, welcher auf den Anker einwirken und ihn dadurch von einer zwischen den Endstationen hängengebliebenen Position in eine dieser Endstationen zurücktreiben kann.
-
Eine besonders vorteilhafte zweite Ausführungsform eines elektromagnetischen Antriebes nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens bei einer der beiden Endstationen, vorzugsweise bei jeder der beiden Endstationen, die genannten Haltemittel mindestens einen derart angeordneten Haltemagneten aufweisen, dass seine Haltemagnetkraft in der betreffenden Endstation auf den Anker wirkt und ihn dadurch in dieser Endstation hält, so lange nicht ein erneuter elektromagnetischer Antriebspuls von der Antriebspule auf ihn wirkt; wobei vorzugsweise der Antriebspuls stärker als die Haltemagnetkraft ist und dadurch letztere überwinden kann.
-
Eine besonders vorteilhafte dritte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die die Haltemagnete mindestens einen Dauermagneten aufweisen, vorzugsweise einen Ringmagnet, welcher die Haltemagnetkraft erzeugt.
-
Eine alternative vierte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die die Haltemagnete mindestens eine elektromagnetische Haltespule zur Erzeugung der Haltemagnetkraft aufweisen.
-
Zur Erzielung einer erhöhten Betriebssicherheit kann in vorteilhafter Weise gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung für mindestens für eine der beiden Endstationen ein Sensor zur Erkennung vorgesehen werden, ob sich der Anker in dieser Endstation befindet. Der Sensor kann mit dem Anker oder mit einem detektierbaren Element zusammen wirken, welches am Anker oder an einem mit ihm zur gemeinsamen Bewegung verbundenen Element vorgesehen ist. Der Sensor kann mechanischer Art sein oder induktiver oder kapazitiver Art sein. Der Sensor kann beispielsweise einen Hall-Generator oder einen Reedkontakt aufweisen.
-
Eine besonders vorteilhafte sechste Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer der beiden Endstationen, vorzugsweise bei jeder der beiden Endstationen, axial versetzt zur Mitte der Bewegungsstrecke eine Zusatzspule als Erkennungsspule zur induktiven Erkennung vorgesehen ist, ob sich der Anker in dieser Endstation befindet. Alternativ kann diese Erkennung kapazitiv ausgeführt werden.
-
Damit der elektromagnetische Antrieb wieder funktionsfähig gemacht werden kann, wenn der Anker unerwünscht zwischen den beiden Endstationen in einer Zwischenstation hängen bleibt, kann gemäß einer besonderen siebten Ausführungsform der Erfindung mindestens eine elektromagnetische Zusatzspule als Reset-Spule derart vorgesehen werden, dass durch sie ein elektromagnetischer Reset-Puls erzeugbar ist, welcher auf den Anker einwirken und ihn dadurch von einer zwischen den Endstationen hängengebliebenen Position in eine dieser Endstationen zurücktreiben kann.
-
Eine besondere achte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer der beiden Endstationen, vorzugsweise bei jeder der beiden Endstationen, axial versetzt zur axialen Mitte der Bewegungsstrecke, mindestens eine Zusatzspule derart vorgesehen ist, dass durch sie alternativ entweder ein elektromagnetisches Erkennungsfeld zur induktiven Erkennung erzeugbar ist, ob sich der Anker in dieser Endstation befindet, oder ein elektromagnetischer Reset-Puls erzeugbar ist, welcher auf den Anker einwirken und ihn dadurch von einer zwischen den Endstationen hängengebliebenen Position in eine dieser Endstationen zurücktreiben kann. Durch die Verwendung der Zusatzspule für zwei verschiedene Funktionen wird eine besonders einfache Ausführungsform des elektromagnetischen Antriebes und auch eine einfache Ausführungsform einer sie steuernden oder regelnden Einrichtung erzielt.
-
Der elektromagnetische Antrieb ist gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise als eine Geräteeinheit ausgebildet. Dadurch ist er besonders einfach handhabbar, insbesondere auf einfache Weise montierbar in einer Anlage.
-
Ferner betrifft die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgebildete elektromagnetische Antriebsanlagen.
-
Eine solche Antriebsanlage ist gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung gekennzeichnet durch einen elektromagnetischen Antrieb nach einem der Ansprüche und durch eine Steuer- oder Regeleinrichtung, welche an die Antriebsspule angeschlossen oder anschließbar ist und zur Erzeugung von elektrischen Pulsen und Abgabe dieser elektrischen Pulse an die Antriebsspule derart ausgebildet ist, dass die elektrischen Pulse in der Antriebsspule die elektromagnetischen Antriebspulse erzeugen.
-
Eine besondere elfte Ausführungsform einer elektromagnetischen Antriebsanlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung an die Erkennungsspule angeschlossen oder anschließbar ist und zur Erzeugung und Abgabe einer elektrischen Spannung, vorzugsweise von elektrischen Spannungspulsen, an die Erkennungsspule derart ausgebildet ist, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung induktiv detektiert, ob sich der Anker in der betreffenden Endstation befindet.
-
Eine besondere zwölfte Ausführungsform der elektromagnetischen Antriebsanlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung an die Reset-Spule angeschlossen oder anschließbar ist und zur Erzeugung und Abgabe von elektrischen Reset-Pulsen ausgebildet ist, welche auf den Anker einwirken und ihn dadurch von einer zwischen den Endstationen hängengebliebenen Position in eine dieser Endstationen zurücktreiben kann.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften dreizehnten Ausführungsform der Erfindung ist die elektromagnetische Antriebsanlage dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung an die Zusatzspule angeschlossen oder anschließbar ist und zur alternativen Erzeugung einer elektrischen Spannung zur induktiven Erkennung des Ankers in mindestens einer der beiden Endstationen oder zur Erzeugung von elektrischen Reset-Pulsen ausgebildet ist, wobei durch diese elektrischen Reset-Pulse jeweils der elektromagnetische Reset-Puls erzeugbar ist, welcher auf den Anker einwirken und ihn dadurch von einer zwischen den Endstationen hängengebliebenen Position in eine dieser Endstationen zurücktreiben kann.
-
Die Endanschläge zur Begrenzung des Ankers und/oder der Anker an seinen die Endanschläge kontaktierenden Anschlagstellen, sind vorzugsweise mit einem den Aufschlagprall dämpfenden Aufschlagdämpfungsmaterial versehen, beispielsweise Silikon oder Gummi.
-
Die Haltemittel zum Halten des Ankers in der jeweils vorbestimmten Endposition können anstatt oder vorzugsweise zu einem Dauermagneten einen Elektromagneten enthalten und/oder mechanische Mittel, beispielsweise eine Feder und/oder federelastisch komprimierbares und dadurch einklemmbares Material, beispielsweise Gummi oder Kunststoff.
-
Federmittel können auch dazu verwendet werden, den Anker in Richtung zu der einen oder zu der anderen Endstation zu drängen.
-
Der elektromagnetische Antrieb kann auch ein aus Eisen bestehendes Zusatzelement, z. B. ein Joch oder ein aus Eisen bestehendes Gehäuse aufweisen, um dadurch die elektromagnetischen Eigenschaften zu verbessern.
-
Die elektromagnetische Antriebskraft des elektromagnetischen Antriebspulses ist so stark, dass sie die zum Beispiel magnetische Haltekraft in den Endstationen überwinden kann. Gemäß besonderen Ausführungsformen kann die Haltekraft abschaltbar ausgebildet sein.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Motorfahrzeug, insbesondere ein Motorrad, welches einen Verbrennungsmotor aufweist und mit mindestens einem elektromagnetischen Antrieb und/oder einer elektromagnetischen Antriebsanlage gemäß vorliegender Beschreibung und den Patentansprüchen versehen ist.
-
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen:
-
1 zeigt einen axialen Längsschnitt durch einen elektromagnetischen Antrieb nach dem Stand der Technik, welcher gemäß der Erfindung ausgebildet werden kann und welcher an eine Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung angeschlossen oder anschließbar ist und zusammen mit dieser eine elektromagnetische Antriebsanlage bildet.
-
2 ist eine axiale Stirnansicht auf den elektromagnetischen Antrieb längs der Ebene II-II von 1.
-
3 zeigt in einem 1 entsprechend dargestellten Längsschnitt eine Ausführungsform.
-
4 zeigt entsprechend dem Axialschnitt von 1 eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung.
-
5 zeigt entsprechend dem Axialschnitt von 1 eine nochmals weitere Ausführungsform nach der Erfindung.
-
Die 6, 7, 8 und 9 zeigen Axialschnitte von Dauermagneten der Ausführungsform nach den 1 bis 5 in den verschieden möglichen Paarungskombinationen von Nordpol und Südpol.
-
10 zeigt das Schaltbild einer Antriebsspule in Kombination mit einer Zusatzspule gemäß der Ausführungsform von 4 oder der Ausführungsform von 5.
-
11 zeigt in einem Diagramm einen mittels der Antriebsspule erzeugbaren elektromagnetischen Antriebspuls zum elektromagnetischen Treiben des Ankers von einer Endstation zur anderen Endstation oder in umgekehrter Richtung von der anderen Endstation zur einen Endstation; ein bei der jeweils anderen Endstation nur dann erzeugbares Messsignal, wenn der Anker die betreffende andere Endstation tatsächlich erreicht; und einen mittels der gleichen Zusatzspule erzeugbaren elektromagnetischen Reset-Puls, welcher zur Zurücksetzung des Ankers in eine der Endstationen erzeugbar ist, z. B. auf Anforderung oder vorzugsweise automatisch, wenn das genannte Messsignal nach dem Erzeugen des Antriebspulses ausbleibt.
-
Der elektromagnetische Antrieb 11 von 1 enthält eine hohlzylindrische Antriebsspule 12 und einen, Eisen enthaltenden oder aus Eisen bestehenden, Anker 14. Der Anker 14 hat die Form eines Kolbens, welcher im Spulenhohlraum 16 axial zur Spulenzentrumsachse 18 längs einer geradlinigen Bewegungsstrecke 20 axial bewegbar angeordnet ist. An beiden Enden der Bewegungsstrecke 20 sind axial einander entgegen gerichtete Endanschläge 22 bzw. 24 vorgesehen, welche die Bewegungsstrecke 20 axial begrenzen und dadurch auf der Bewegungsstrecke 20 axiale Endstationen 26 bzw. 28 des Ankers 14 definieren. Der Anker 14 befindet sich jeweils dann in einer dieser Endstationen 26 bzw. 28, wenn er an dem betreffenden Endanschlag 22 bzw. 24 dieser Endstationen anliegt.
-
Die Endanschläge 22 und 24 können durch besondere Anschlagelemente oder durch Anschlagflächen eines auch andere Funktionen ausführenden Elements gebildet sein, z. B. vorzugsweise durch die hier später beschriebenen Dauermagnete.
-
Zur Stoßdämpfung und zur Geräuschdämpfung des auf die Endanschläge 22 bzw. 24 aufschlagenden Ankers 14 kann bzw. können das eine und/oder das andere der aneinanderschlagenden Elemente mit einem Dämpfungselement versehen sein, beispielsweise mit einem Federelement oder mit einem federelastisch komprimierbaren Dämpfungsmaterial, beispielsweise Silikon oder Gummi. Ein solches komprimierbares federelastisches Dämpfungselement kann beispielsweise an den Endanschlägen 22 und 24 und/oder an den Stirnseiten des Ankers 14 vorgesehen sein. Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen ist als Beispiel der Anker 14 auf seinen axialen Stirnseiten jeweils mit einem federelastisch axial komprimierbaren Dämpfungselement 30 bzw. 32 versehen. Das eine Dämpfungselement 30 liegt dem einen Endanschlag 22 axial gegenüber und kann auf diesen aufschlagen. Das andere Dämpfungselement 32 liegt dem anderen Endanschlag 24 axial gegenüber und kann auf diesen aufschlagen.
-
Die Antriebsspule 12 ist zur Erzeugung jeweils eines im Spulenhohlraum 16 auf den Anker 14 wirkenden elektromagnetischen Antriebspulses ausgebildet, dessen Länge kürzer als die axiale Bewegungsdauer des Ankers 14 ist, die der Anker 14 mit seinem axialen Eisenzentrum 34 wahlweise jeweils entweder von der einen Endstation 26 oder 28 oder von der anderen Endstation 28 oder 26 bis zum Erreichen der axialen Mitte 36 der Bewegungsstrecke 20 benötigt, wobei die elektromagnetische Kraft des Antriebspulses stark genug ist, um den Anker 14 jeweils von der einen Endstation 26 oder 28 oder von der anderen Endstation 28 oder 26 durch die axiale Mitte 36 der Bewegungsstrecke 20 hindurch bis in die betreffende jeweils andere Endstation zu treiben. Für die Erzeugung der beiden einander entgegengesetzten Bewegungen des Ankers 14 kann für jede Bewegungsrichtung ein anderer elektromagnetischer Antriebspuls oder vorzugsweise ein gleicher elektromagnetischer Antriebspuls verwendet werden.
-
Haltemittel 40 und 42 halten den Anker 14 jeweils so lange in der jeweils erreichten Endstation 26 oder 28, bis der Anker 14 durch einen erneut auf ihn wirkenden elektromagnetischen Antriebspuls der Antriebsspule 12 von der erreichten Endstation 26 oder 28 durch die axiale Mitte 36 der Bewegungsstrecke 20 hindurch bis in die betreffende andere Endstation 28 oder 26 getrieben wird.
-
Wenn anstelle eines solchen zeitlich kurzen, jedoch in seiner Stärke definierten Antriebspulses ein über längere Zeit wirkendes elektromagnetisches Feld der Antriebsspule 12 erzeugt würde, dann würde der Anker 14 von diesem elektromagnetischen Feld auf der Bewegungsstrecke 20 in einer Zwischenstation gehalten, welche in der axialen Mitte 36 der Bewegungsstrecke 20 liegt.
-
Die Haltemittel 40 und 42 bestehen an beiden Endstationen 26 und 28 vorzugsweise jeweils aus einem Dauermagneten. Dieser ist vorzugsweise jeweils als Ringmagnet ausgebildet, welcher die Spulenzentrumsachse 18 koaxial umgibt. Die Haltemagnetkraft des betreffenden Dauermagneten 40 oder 42 hält den Anker 14 jeweils so lange in der betreffenden Endstation 26 bzw. 28, bis erneut ein elektromagnetischer Antriebspuls von der Antriebsspule 12 erzeugt wird, welcher die Haltemagnetkraft des Dauermagneten 40 bzw. 42 in der betreffenden Endstation überwindet und dadurch den Anker von der betreffenden Endstation durch die axiale Mitte 36 der Bewegungsstrecke 20 hindurch bis in die betreffende andere Endstation treibt.
-
Anstatt des einen oder anderen Dauermagneten 40 und 42 oder zusätzlich kann auch ein Elektromagnet verwendet werden. Das elektromagnetische Feld dieser als Haltemagnete dienenden Elektromagnete kann vorzugsweise abschaltbar sein während des Erzeugens des genannten elektromagnetischen Antriebspulses, so dass der elektromagnetische Antriebspuls die elektromagnetische Feldstärke dieser Elektromagnete 40 bzw. 42 nicht zu überwinden braucht.
-
Der elektromagnetische Antrieb 11 kann mit Endkappen 44 bzw. 46 oder einem Gehäuse versehen sein. Diese sind vorzugsweise aus Kunststoff. Jedoch können auch Eisen enthaltende Elemente verwendet werden, z. B. ein Joch oder ein Gehäuse aus Eisen, um die elektromagnetischen Felder, zu beeinflussen.
-
Es kann eine Kolbenstange 48 vorgesehen werden, welche axial zur Spulenzentrumsachse 18 angeordnet und mit dem Anker 14 zur gemeinsamen axialen Bewegung verbunden ist. Die Kolbenstange 48 kann ein Teil einer mechanischen Übertragungsvorrichtung sein zur Übertragung der Bewegungen des Ankers 14 auf eine andere Vorrichtung, beispielsweise auf ein Stellelement 50. Das Stellelement 50 kann von beliebiger bekannter Art sein, z. B. eine Drosselklappe in der Auspuffanlage eines Verbrennungsmotors. Die Drosselklappe 50 ist von dem Anker 14 jeweils von der in 1 in ausgezogenen Linien gezeichneten Offenstellung in eine in gestrichelten Linien 51 gezeigte Schließstellung und dann wieder in umgekehrter Richtung bewegbar.
-
Der elektromagnetische Antrieb 11 der Erfindung, entweder mit oder ohne der Kolbenstange 48, ist vorzugsweise als eine Geräteeinheit ausgebildet. Diese Geräteeinheit kann als Bauteil in eine andere Vorrichtung oder Anlage eingebaut werden.
-
Eine elektronische Betriebseinrichtung 54, welche als Steuereinrichtung oder als Regeleinrichtung ausgebildet ist, ist an die Antriebsspule 12 elektrisch angeschlossen oder anschließbar und zur Erzeugung von elektrischen Pulsen und zur Abgabe dieser elektrischen Pulse an die Antriebsspule 12 derart ausgebildet, dass die elektrischen Pulse in der Antriebsspule 12 die genannten elektromagnetischen Antriebspulse erzeugen.
-
Die elektronische Betriebseinrichtung 54 kann als Geräteeinheit ausgebildet sein oder Teil einer anderen Einrichtung sein, beispielsweise der elektrischen Betriebsanlage eines Motorrades. Gemäß einer anderen Ausführungsform können der elektromagnetische Antrieb 11 und die Betriebseinrichtung 54 zusammen eine Geräteeinheit bilden.
-
Alle mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Elemente, Funktionen, Varianten und Kombinationsmöglichkeiten gelten auch für alle Ausführungsformen der Erfindung.
-
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen sind die Endanschläge 22 und 24 durch einander axial gegenüberliegende Stirnflächenabschnitte der Dauermagnetringe 40 und 42 gebildet.
-
Bei der in 3 gezeigten weiteren Ausführungsform entspricht der elektromagnetische Antrieb 111 dem elektromagnetischen Antrieb 11 von 1, und eine Betriebseinrichtung 154 entspricht der Betriebseinrichtung 54 von 1. Miteinander übereinstimmende Elemente sind jeweils mit gleichen Bezugszahlen versehen. Die Beschreibung von den 1 und 2 gilt insoweit auch für die Beschreibung der 3.
-
Vorzugsweise ist mindestens ein Sensor zur Erkennung vorgesehen, ob sich der Anker 14 in der einen oder der anderen der beiden Endstationen 26 oder 28 befindet. Der Sensor braucht nicht an der betreffenden Endstation angeordnet zu sein, sondern kann auch mit Abstand davon angeordnet werden. Der Sensor kann mechanischer, kapazitiver und/oder induktiver Art sein.
-
Gemäß der Ausführungsform von 3 ist für jede der beiden Endstationen 26 und 28 jeweils ein Sensor 56 bzw. 58 vorgesehen. Diese sind jeweils zur kapazitiven oder vorzugsweise zur induktiven Zusammenwirkung mit einem Detektionselement 60 bzw. 62 ausgebildet. Die Sensoren 56 und 58 sind mit der Betriebseinrichtung 54 verbindbar oder verbunden, welche in Abhängigkeit von Signalen der Sensoren 56 und 58 zur Erzeugung eines Indikationssignals ausgebildet ist, zur Indikation, ob sich der Anker 14 in der einen oder der anderen der beiden Endstationen 26 und 28 befindet. Die Sensoren 56 und 58 können beispielsweise Hallgeneratoren oder Reed-Kontakte aufweisen zur funktionsgemäßen Zusammenwirkung mit jeweils einem der beiden Detektionselemente 60 bzw. 62. Die Detektionselemente 60 und 62 sind mit dem Anker 14 zur gemeinsamen Axialbewegung verbunden. Beispielsweise kann das eine und/oder das andere Detektionselement 60 bzw. 62 an der Kolbenstange 48 oder an einer Führungsstange 64 vorgesehen werden, welche auf der von der Kolbenstange 48 axial abgewandten Seite des Ankers 14 axial zur Spulenzentrumsachse 18 angeordnet und mit dem Anker 14 zur gemeinsamen Axialbewegung verbunden ist.
-
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform von 4 sind der elektromagnetische Antrieb 211 gleich ausgebildet wie der elektromagnetische Antrieb 11 von 1 und die Betriebseinrichtung 254 ist bezüglich ihrer Elemente und Funktionen gleich ausgebildet wie die Betriebseinrichtung 54 von 1. Deshalb werden im folgenden nur Elemente und Funktionen beschrieben, die in 4 zusätzlich vorhanden sind.
-
In 4 ist bei mindestens einer, vorzugsweise bei Endstationen 26 und 28 jeweils eine Zusatzspule 70 bzw. 72 axial versetzt zur Mitte 36 der Bewegungsstrecke 20 koaxial zur Spulenzentrumsachse 18, und damit auch koaxial zur Zentrumsachse des Ankers 14, derart angeordnet, dass mit ihr ein elektromagnetisches Feld erzeugbar ist, welches den Anker 14 jeweils in der einen bzw. in der anderen der beiden Endstationen 26 bzw. 28 durchdringt, jedoch nicht oder nur schwächer in der Mitte 36 der Bewegungsstrecke 20. Die Zusatzspulen 70 und 72 sind an die Betriebseinrichtung 254 elektrisch anschließbar oder angeschlossen und zur Erzeugung von Signalen ausgebildet, welche davon abhängig sind, in welcher Axialposition sich der Anker 14 jeweils befindet.
-
Gemäß 4 können die Zusatzspulen 70 und 72 derart angeordnet sein, dass sich die Dauermagnete 40 und 42 axial zwischen jeweils der Antriebsspule 12 und einer der beiden Zusatzspulen 70 bzw. 72 befindet.
-
Gemäß einer besonderen ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 sind die Zusatzspulen 70 und 72 und die Betriebseinrichtung 254 zur Erkennung ausgebildet, ob sich der Anker 14 in der einen oder der anderen der beiden Endstationen 26 bzw. 28 oder in keiner dieser Endstationen befindet.
-
Gemäß einer besonderen zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 ist mindestens eine der beiden, vorzugsweise beide Zusatzspulen 70 und 72 und die Betriebseinrichtung 254 derart ausgebildet, dass die Zusatzspulen 70 und 72 als Reset-Spulen wirken, durch welche in Abhängigkeit von jeweils einem elektrischen Puls der Betriebseinrichtung 254 ein elektromagnetischer Reset-Puls erzeugbar ist, welcher auf den Anker 14 einwirken und ihn dadurch von einer zwischen den Endstationen 26 bzw. 28 hängengebliebenen Position in eine dieser Endstationen zurücktreiben kann.
-
Gemäß einer besonderen dritten Ausführungsform gemäß 4 sind die Zusatzspulen 70 und 72 sowie die Betriebseinrichtung 254 derart ausgebildet, dass durch sie alternativ ein elektromagnetisches Erkennungsfeld zur induktiven Erkennung des Ankers 14 in den Endstationen 26 und 28 oder ein elektromagnetischer Reset-Puls erzeugbar ist zur Rücksetzung des Ankers 14 von einer zwischen den Endstationen 26,28 hängengebliebenen Zwischenposition zu der einen oder anderen der beiden Endstationen 26,28.
-
Bei der in 5 gezeigten weiteren Ausführungsform nach der Erfindung können ein elektromagnetischer Antrieb 311 und eine Betriebseinrichtung 354 jeweils alle Elemente und alle Funktionen des Antriebes 11 und der Betriebseinrichtung 54 der Ausführungsformen der 1 bis 4 aufweisen. Gleiche Teile wie in den anderen Figuren sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen und haben die gleichen Funktionen wie in den vorher beschriebenen Figuren. Gemäß 5 ist bei mindestens einer, vorzugsweise bei beiden Endstationen 26, 28 jeweils eine Zusatzspule 370 bzw. 372 axial versetzt zur Mitte 36 der Bewegungsstrecke 20 angeordnet. Die Zusatzspulen 370 und 372 können auf der Antriebsspule 12 koaxial im Bereich oder unmittelbar benachbart zu den Endstationen 26 bzw. 28 derart angeordnet werden, dass sie mit dem Anker 14 elektromagnetisch zusammenwirken können.
-
Bei der Ausführungsform nach 5 sind bezüglich der Zusatzspulen 370 und 372, welche an die Betriebseinrichtung 254 anschließbar oder angeschlossen sind, wiederum die gleichen verschiedenen ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen ausführbar, wie sie mit Bezug auf 4 beschrieben wurden. Demgemäß können bei einer ersten Ausführungsform von 5 die Zusatzspulen 370 und 372 sowie die Betriebseinrichtung 354 jeweils zur induktiven Erkennung ausgebildet sein, ob sich der Anker 14 in einer der Endstationen 26 bzw. 28 befindet. Gemäß einer zweiten Ausführungsform von 5 können die Zusatzspulen 370 und 372 als Reset-Spulen ausgebildet sein, durch welche ein elektromagnetischer Reset-Puls erzeugbar ist, welcher auf den Anker 14 wirkt und ihn dadurch jeweils von einer zwischen den Endstationen 26 bzw. 28 hängengebliebenen Position in die betreffende Endstation zurücktreiben kann, wofür die Betriebseinrichtung 354 zur Erzeugung eines elektrischen Pulses an die Reset-Spule ausgebildet ist, so dass die Reset-Spule in Abhängigkeit von dem elektrischen Reset-Puls den elektromagnetischen Reset-Puls erzeugen kann. Gemäß einer dritten Ausführungsform von 5 können die beiden Zusatzspulen 370 und 372 und die elektronische Betriebseinrichtung 354 derart ausgebildet sein, dass sie alternativ den genannten elektromagnetischen Reset-Puls erzeugen und dadurch den Anker 14 jeweils aus einer hängengebliebenen Zwischenposition zu einer der Endstationen 26 bzw. 28 zurücktreiben können, oder alternativ ein elektromagnetisches Erkennungsfeld zur induktiven Erkennung erzeugen können, ob sich der Anker 14 in einer der beiden Endstationen 26 oder 28 befindet oder nicht.
-
Ferner zeigt 5 eine von vielen Möglichkeiten, wie der Anker 14 durch eine Feder 80 in mindestens einer Axialrichtung federelastisch vorspannbar ist. Die Feder 80 kann gemäß der Erfindung zusätzlich und/oder anstatt eines der genannten Dauermagnete oder eines der genannten Elektromagnete verwendet werden zum Antrieb des Ankers 14 und/oder zum temporären Halten des Ankers 14 in mindestens einer der Endstationen 26 und 28.
-
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung können die Nordpole ”N” und die Südpole ”S” der beiden Dauermagnete 40 und 42 beliebig gepaart werden, wie dies die 6, 7, 8 und 9 zeigen. Demgemäß können die beiden Dauermagnete 40 und 42 in einander anziehender oder abstoßender Weise angeordnet werden. Dies bedeutet, dass die Nordpole oder die Südpole einander gegenüberliegen können oder ein Nordpol einem Südpol gegenüber liegen kann.
-
10 zeigt schematisch die Antriebsspule 12 und eine der Zusatzspulen 70, 72, 370 bzw. 372 der Ausführungsformen nach den 4 und 5, wobei in 10 stellvertretend für die anderen Zusatzspulen die Zusatzspule mit 70 bezeichnet ist.
-
11 zeigt ein Diagramm mit einer horizontalen Zeitachse ”t” und einer vertikalen Spannungsachse ”V”. In 11 ist die oberste Kurve mit der Bezugszahl 12 bezeichnet, weil die Antriebsspule 12 den elektromagnetischen Antriebspuls ”DP” (Drive-Puls) erzeugt. Die mittlere Kurve ist mit der Bezugszahl 70 bezeichnet, weil die Zusatzspule 70 (stellvertretend auch für die Zusatzspulen 72, 370 und 372) den elektromagnetischen Erkennungspuls bzw. Identifikationspuls ”ID” erzeugt, wenn der Anker 14 die betreffende Endstation 26 bzw. 28 erreicht hat. Die unterste Kurve ist ebenfalls mit der gleichen Bezugszahl 70 bezeichnet, weil mit der gleichen Zusatzspule 70 (bzw. 72, 370, 372) der Reset-Puls ”RP” zur Zurücksetzung des Ankers 14 aus einer hängengebliebenen Zwischenstation zurück zur betreffenden Endstation 26 bzw. 28 erzeugt wird. Der Reset-Puls ”RP” wird nur dann erzeugt, wenn der Anker 14 nach der Erzeugung eines elektromagnetischen Antriebspulses ”DP”, z. B. nach einer vorbestimmten Zeitdauer, nicht von der einen Endstation in die betreffende andere Endstation 26 bzw. 28 gelangt und dadurch auch das Identifikationssignal ”ID” von der Betriebseinrichtung 254 von 4 bzw. 354 von 5 vermisst oder nicht erzeugt wird.
