DE10353181B3 - Magnetic ratchet device for rotary electrical switch with switch rotor displaced axially against return spring bias for release of ratchet device - Google Patents

Magnetic ratchet device for rotary electrical switch with switch rotor displaced axially against return spring bias for release of ratchet device Download PDF

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Abstract

The magnetic ratchet device maintains the position of a switch rotor (3) relative to a coaxial stator (1) via a magnetic device (12) on the rotor or stator side, provided with axially spaced pole shoes (10,11) having a magnetic axis aligned with the rotor axis, cooperating with a magnetic flux conductor (8) on the stator or rotor side, the magnetic flux conductor and at least one of the pole shoes provided with facing teeth (8',11') defining the magnetic air-gap. The rotor is movable between 2 axial end positions, with a maximum axial overlap between at least one of the pole shoes and the cooperating part of the magnetic flux conductor in the self-holding end position.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Rastwerk, insbesondere für elektrische Schalter, mit berührungsfreier magnetischer Verrastung von Drehstellungen eines Rotors relativ zu einem dazu gleichachsigen Stator, mit einer rotor- oder statorseitigen Magnetanordnung mit in Richtung der Rotorachse ausgerichteter magnetischer Achse und voneinander axial beabstandeten Polschuhen, die über ringförmige Luftspalte mit einem den magnetischen Fluß zwischen den Polschuhen führenden und/oder bündelnden stator- oder rotorseitigen Leitkörper magnetisch zusammenwirken, wobei zumindest einer der Polschuhe sowie der diesem Polschuh zugeordnete Teil des Leitkörpers einander zugewandte Verzahnungen aufweisen, die den zugeordneten Luftspalt begrenzen und miteinander magnetisch rastend zusammenwirken.The The invention relates to a detent mechanism, in particular for electrical switches, with non-contact magnetic Locking of rotational positions of a rotor relative to one equiaxed stator, with a rotor or stator magnet assembly with in the direction of the rotor axis aligned magnetic axis and axially spaced pole pieces, the annular air gaps with a the magnetic flux between leading the pole shoes and / or bundling stator or rotor-side guide body interact magnetically, wherein at least one of the pole pieces and the This pole piece associated part of the guide body facing each other teeth have, which limit the associated air gap and each other interacting magnetically.
  • Ein derartiges Rastwerk ist Gegenstand der DE 101 58 682 A1 . Dieses Rastwerk beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwischen Rotor und Stator zumindest einen vom magnetischen Fluß durchsetzten ringförmigen Luftspalt zwischen rotorseitigen und statorseitigen Verzahnungen aus Weicheisenmaterial anzuordnen und die Zahnabstände der Verzahnungen so aufeinander abzustimmen, dass bei Drehung des Rotors abwechselnd Drehlagen mit vielen einander gegenüberliegenden Zähnen, d. h. Rastlagen, und Drehlagen mit in Umfangsrichtung gegeneinander versetzten Zähnen, d. h. unverrastete Zwischenlagen, auftreten.Such a detent is the subject of DE 101 58 682 A1 , This detent mechanism is based on the general idea of arranging at least one annular air gap interspersed between rotor-side and stator-side toothings made of soft iron material between the rotor and the stator and so aligning the tooth spacings of the toothings so that rotary positions with many opposing teeth rotate alternately as the rotor rotates. ie locking positions, and rotational positions with circumferentially staggered teeth, ie un-latched liners occur.
  • Dabei können die rotor- und statorseitigen Verzahnungen unterschiedliche Zahnzahlen aufweisen, vorzugsweise derart, dass die größere Zahnzahl ein ganzzahliges Vielfaches der kleineren Zahnzahl ist und das Verhältnis der Zahnzahlen zwischen etwa 4:1 und 5:1 liegt. Wenn einerseits eine Verzahnung mit großer Zahnzahl und andererseits eine gegenüberliegende Verzahnung mit relativ geringer Zahnzahl vorgesehen ist, lassen sich überraschend hohe Rastkräfte für die Rastlagen realisieren. Dies dürfte im wesentlichen darauf beruhen, dass die auftretenden Haltekräfte überproportional zur magnetischen Flußdichte wachsen, solange keinerlei Sättigung des magnetischen Flusses auftritt bzw. Sättigungseffekte vernachlässigt werden können. Durch die Verminderung der Zahnzahl der einen Verzahnung wird in den Rastlagen eine stark ansteigende magnetische Flußdichte erreicht, mit der Folge, dass eine verbesserte Verrastung gewährleistet wird.there can the rotor and stator side gears different numbers of teeth preferably, such that the larger number of teeth an integer Many times the smaller number of teeth is and the ratio of Numbers of teeth are between about 4: 1 and 5: 1. If on the one hand a Toothing with large Number of teeth and on the other hand, an opposite toothing with relatively small number of teeth is provided, can be surprising high cogging forces for the Realize latching positions. This should be in the essentially based on the fact that the holding forces occurring disproportionately to the magnetic flux density grow, as long as there is no saturation of the magnetic flux occurs or saturation effects are neglected can. By reducing the number of teeth of a toothing is in the locking positions a strong rising magnetic flux density achieved, with the result that ensures improved locking becomes.
  • Die DE 297 07 302 U1 zeigt einen Drehschalter mit Tastfunktion, wobei ein Ringmagnet, der statorseitig angeordnet sein kann, dazu dient, einerseits die Rastkräfte für die Drehverrastung und andererseits die Rückstellkraft bei Tastbetätigung zu erzeugen. Zu diesem Zweck sucht der Ringmagnet am Rotor radial bewegliche Rastelemente radial einwärts zu drängen, so dass sie sich bei entsprechender Drehstellung des Rotors in statorseitige Rastvertiefungen einsenken. Außerdem sucht der Ringmagnet eine mit der axial beweglichen Rotorwelle gekoppelte Ringscheibe aus ferromagnetischem Material in der einen Endlage an einer Stirnseite des Ringmagneten zu halten. Aus dieser Endlage kann die Ringscheibe mittels der Rotorwelle gegen einen Anschlag in die andere axiale Endlage niedergedrückt werden. Sobald die die Rotorwelle niederdrückende Kraft nicht mehr wirksam ist, wird die Ringscheibe zusammen mit der Rotorwelle wieder in die vorgenannte Endlage an der Stirnseite des Ringmagneten angehoben.The DE 297 07 302 U1 shows a rotary switch with tactile function, wherein a ring magnet, which may be arranged on the stator, serves to generate on the one hand the locking forces for the Drehverrastung and on the other hand, the restoring force in tactile actuation. For this purpose, the ring magnet on the rotor seeks to urge radially movable locking elements radially inwards, so that they sink into the stator-side detent recesses with a corresponding rotational position of the rotor. In addition, the ring magnet seeks to keep a coupled to the axially movable rotor shaft annular disc of ferromagnetic material in the one end position on an end face of the ring magnet. From this end position, the annular disc can be depressed by means of the rotor shaft against a stop in the other axial end position. Once the rotor shaft depressing force is no longer effective, the annular disc is raised together with the rotor shaft back into the aforementioned end position on the front side of the ring magnet.
  • Weiterhin ist aus der DE 196 51 315 A1 ein Rastschaltwerk bekannt, dessen Rotor einerseits in verschiedenen Drehlagen magnetisch verrastbar sein kann. Andererseits lässt sich der Rotor axial zwischen zwei Endlagen bewegen, wobei die axiale Rückstellung nach Wegfall der axialen Druckkraft auf die mit dem Rotor axial verstellbare Rotorwelle magnetisch mittels im Rotor angeordneter Magnete erfolgt, die den Rotor axial an einen magnetischen Leitkörper anzunähern suchen. Insbesondere für raue Betriebsbedingungen wird es als vorteilhaft angesehen, zusätzlich noch eine Feder zur axialen Rückstellung des Rotors vorzusehen.Furthermore, from the DE 196 51 315 A1 a latching mechanism known, the rotor may be magnetically latched on the one hand in different rotational positions. On the other hand, the rotor can be moved axially between two end positions, wherein the axial return takes place after elimination of the axial compressive force on the rotor shaft axially adjustable with the rotor magnetically arranged in the rotor magnets that seek to axially approach the rotor to a magnetic guide body. In particular, for harsh operating conditions, it is considered advantageous to additionally provide a spring for axial return of the rotor.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Rastwerk zu schaffen, welches zusätzlich nach Art eines Druckschalters mit gut fühlbarem Druckpunkt betätigbar ist.task The invention is now to provide a detent, which additionally after Type of pressure switch with good tactile pressure point is actuated.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Rastwerk der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, dass der Rotor zwischen zwei Endlagen axial beweglich angeordnet ist und zumindest ein Polschuh sowie der damit zusammenwirkende Teil des Leitkörpers einander an einem in Umfangsrichtung des Rotors erstreckten Spalt axial überlappen, wobei das Maß der Überlappung in der selbsthaltenden einen Endlage ein Maximum aufweist.These Task is characterized by a locking mechanism of the type specified solved, that the rotor is axially movable between two end positions is and at least one pole piece and the cooperating Part of the guide body each other at a gap extending in the circumferential direction of the rotor overlap axially, being the measure of overlap in the self-holding one end position has a maximum.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem in unterschiedlichen Drehlagen verrastbaren und axial gegen Rückstellkraft niederdrückbaren Rotor sowohl die Rast- als auch die Rückstellkräfte magnetisch zu erzeugen. Hinsichtlich der axialen Rückstellkraft wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen axialen Überlappung zumindest eines Polschuhes mit dem damit zusammenwirkenden Teil des Leitkörpers einerseits relativ hohe axiale Haltekräfte für die selbsthaltende eine Endlage des Rotors erzielbar sind. Andererseits kann das Maß der Überlappung so gewählt werden, dass sich die Form des Magnetfeldes zwischen dem vorgenannten Polschuh und dem zugeordneten Teil des Leitkörpers bei Übergang in die nicht selbsthaltende andere axiale Endlage des Rotors deutlich ändert, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass beim Übergang von der Endlage mit maximaler Überlappung in die andere Endlage, in der eine minimale oder verschwindende bzw. keine Überlappung vorliegt, magnetische Sättigungseffekte vor Erreichen der anderen Endlage auftreten. Dies hat zur Folge, dass zwischen den beiden Endlagen eine starke bzw. gut fühlbare „sprunghafte" Änderung der Rückstellkraft in die eine Endlage auf tritt, der Rotor also bei Druckbetätigung ein „Schnappverhalten" besitzt.The invention is based on the general idea of magnetically generating both the latching and the restoring forces in the case of a rotor which can be latched in different rotational positions and axially depressurized against restoring force. With regard to the axial restoring force, the finding is made use of that on the one hand, due to the inventively provided axial overlap of at least one pole piece with the cooperating part of the guide body, relatively high axial holding forces for the self-holding end position of the rotor can be achieved. On the other hand, the measure of over Lappung be chosen so that the shape of the magnetic field between the aforementioned pole piece and the associated part of the guide significantly changes when moving into the non-self-holding other axial end position of the rotor, in particular provided that the transition from the end position with maximum overlap in the other end position, in which there is a minimal or vanishing or no overlap, magnetic saturation effects occur before reaching the other end position. This has the consequence that between the two end positions a strong or noticeable "jumpy" change in the restoring force in the one end position occurs, so the rotor has a "snap behavior" when pressure actuation.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Rotor und Leitkörper so relativ zueinander angeordnet und ausgebildet, dass zumindest an einem Polschuh nur in der einen axialen Endlage des Rotors eine nennenswerte axiale Überlappung ohne magnetische Sättigungseffekte zwischen dem Polschuh und dem zugeordneten Teil des Leitkörpers auftritt, während in der anderen axialen Endlage des Rotors keine oder nur eine verschwindende axiale Überlappung vorliegt.According to one particularly preferred embodiment the invention rotor and baffle are so relative to each other arranged and formed that at least on a pole piece only in the one axial end position of the rotor a significant axial overlap without magnetic saturation effects occurs between the pole piece and the associated part of the guide body, while in the other axial end position of the rotor no or only a vanishing axial overlap is present.
  • In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass sich der eine Polschuh und der zugeordnete Teil des Leitkörpers auch radial überlappen, wobei der axiale Abstand zwischen den sich radial überlappenden Flächen minimal wird, wenn die axiale Überlappung zwischen den Polschuhen und den damit zusammenwirkenden Teilen des Leitkörpers maximal ist.In further expedient embodiment be provided that the one pole piece and the associated Part of the guide body also overlap radially, the axial distance between the radially overlapping surfaces becomes minimal when the axial overlap between the pole pieces and the cooperating parts of the guide body maximum is.
  • Des weiteren kann vorgesehen sein, nur einen Polschuh sowie den damit zusammenwirkenden Teil des Leitkörpers mit Verzahnungen zur Verrastung der Drehlagen auszubilden, und zwar derart, dass eine der Verzahnungen axial kürzer ist und ständig etwa auf ihrer gesamten axialen Länge von der anderen Verzahnung überlappt wird.Of further can be provided, only one pole piece and the so cooperating part of the guide body form with teeth for locking the rotational positions, namely such that one of the teeth is axially shorter and constantly about along its entire axial length overlapped by the other gearing becomes.
  • Hierbei kann zusätzlich vorgesehen sein, dass in der nicht selbsthaltenden axialen Endlage des Rotors die axial kürzere Verzahnung axial deutlich außermittig zur axial längeren Verzahnung liegt.in this connection can additionally be provided that in the non-latching axial end position of Rotor the axially shorter toothing axially clearly off-center to the axially longer Gearing is located.
  • Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform näher beschrieben wird. Otherwise, will in terms of preferred features of the invention to the claims and the following explanation referred to the drawing, based on a particularly preferred embodiment described in more detail becomes.
  • In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows
  • 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Rastwerkes, 1 an axial section of a locking mechanism according to the invention,
  • 2 einen Axialschnitt einer abgewandelten Ausführungsform und 2 an axial section of a modified embodiment and
  • 3 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie III-III in 1. 3 a cross section corresponding to the section line III-III in 1 ,
  • Das in 1 dargestellte Rastwerk umfaßt ein als Stator ausgebildetes Gehäuse 1 sowie einen auf einer Welle 2 drehfest angeordneten Rotor 3.This in 1 Locking mechanism shown comprises a housing designed as a stator 1 as well as one on a wave 2 rotatably mounted rotor 3 ,
  • Das im wesentlichen rotationssymmetrische Gehäuse 1 besteht aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Eisen. An seinem in der Zeichnung oberen Ende besitzt das Gehäuse 1 einen Außengewindeabschnitt 4, mit dem das Gehäuse 1 in einer entsprechenden Öffnung einer Platine oder dgl. angeordnet werden kann. Der Außengewindeabschnitt 4 besitzt eine die Welle 2 aufnehmende Axialbohrung, die sich innerhalb des Gehäuses 1 stufenförmig erweitert, wobei ein vergleichsweise dickwandiger oberer Gehäuseabschnitt 1' sowie ein vergleichsweise dünnwandiger unterer Gehäuseabschnitt 1'' gebildet werden und der untere Gehäuseabschnitt 1'' nach unten stirnseitig offen ist. Gegebenenfalls kann der obere Gehäuseabschnitt 1' zur Gewichtsreduzierung in axialer Richtung weniger mächtig ausgebildet sein.The essentially rotationally symmetrical housing 1 consists of a ferromagnetic material, such as iron. At its upper end in the drawing has the housing 1 a male threaded section 4 with which the housing 1 in a corresponding opening of a board or the like. Can be arranged. The external thread section 4 one has the shaft 2 receiving axial bore extending inside the housing 1 stepped extended, with a comparatively thick-walled upper housing section 1' and a comparatively thin-walled lower housing section 1'' be formed and the lower housing section 1'' down frontally open. Optionally, the upper housing portion 1' be less powerful designed to reduce weight in the axial direction.
  • Innerhalb des oberen Gehäuseabschnittes 1' wird die Welle 2 von einem gegenüber dem Durchmesser der Welle 2 radial erweiterten Abschnitt der Axialbohrung des Gehäuses 1 aufgenommen. Innerhalb dieses Abschnittes sind für die Welle 2 gedichtete Rillenkugellager 5 angeordnet, die die Welle 2 radial verschiebbar lagern, wobei eine Axialverschiebung der Welle 2 dadurch ermöglicht wird, dass die Welle 2 innerhalb der Innenlagerringe der Kugellager 5 gleitbar angeordnet ist. Stattdessen ist es auch möglich, die Außenlagerringe der Kugellager 5 innerhalb der Axialbohrung des Gehäuses 1 axial gleitbar anzuordnen.Inside the upper housing section 1' becomes the wave 2 from one opposite to the diameter of the shaft 2 radially expanded portion of the axial bore of the housing 1 added. Within this section are for the wave 2 sealed deep groove ball bearings 5 arranged the shaft 2 Store radially displaceable, with an axial displacement of the shaft 2 This allows the shaft 2 inside the inner races of the ball bearings 5 slidably disposed. Instead, it is also possible, the outer bearing rings of the ball bearings 5 within the axial bore of the housing 1 axially slidable to arrange.
  • Der Innenraum des unteren Gehäuseabschnittes 1'' wird an seinem in der Zeichnung oberen Bereich durch einen nach unten geöffneten Ringkanal 6 mit Rechteckquerschnitt begrenzt. Dieser Ringkanal 6 bildet die untere Stirnseite des oberen Gehäuseabschnittes 1'.The interior of the lower housing section 1'' is at its upper in the drawing area by a downwardly open annular channel 6 limited to rectangular cross section. This ring channel 6 forms the lower end face of the upper housing section 1' ,
  • Mit axialem Abstand unterhalb der Öffnung des Ringkanals 6 ist innerhalb des unteren Gehäuseabschnittes 1'' ein Innenverzahnungsbereich 8 angeordnet, welcher eine Vielzahl von in Axialrichtung erstreckten Zähnen 8' aufweist, deren Zahnkuppen bzw. -spitzen in einer Kreiszylinderfläche liegen.At an axial distance below the opening of the annular channel 6 is inside the lower housing section 1'' an internal gear area 8th arranged, which has a plurality of axially extending teeth 8th' has, whose tooth tips or tips are in a circular cylindrical surface.
  • Axial zwischen dem Ringkanal 6 und dem Innenverzahnungsbereich 8 sowie auf der vom Ringkanal 6 abgewandten Seite des Innenverzahnungsbereiches 8 besitzt der untere Gehäuseabschnitt 1'' im Vergleich zu den übrigen Bereichen dieses Abschnittes 1'' dünne Wandungen mit zylinderförmigen Innenumfangsseite.Axial between the ring channel 6 and the internal gear area 8th as well as on the Ringka nal 6 opposite side of the internal gear portion 8th has the lower housing section 1'' compared to the other areas of this section 1'' thin walls with cylindrical inner peripheral side.
  • Auf der Welle 2, die aus einem nicht magnetisierbaren Material besteht, sind in entsprechenden Umfangsnuten Federringe 9 angeordnet, die als Axialanschläge mit der in der Zeichnung oberen Stirnseite des Außengewindeabschnittes 4 bzw. der in der Zeichnung unteren Stirnseite des unteren Lager- bzw. Dichtringes 5 zusammenwirken. Zeichnerisch dargestellt ist die obere axiale Endlage der Welle 2. In dieser Endlage liegt der untere Federring 9 axial am inneren Lagerring des unteren Kugellagers 5 an. In der anderen axialen Endlage liegt der obere Federring 9 an der zugewandten Stirnseite des Außengewindeabschnittes 4 an.On the wave 2 , which consists of a non-magnetizable material, are spring rings in corresponding circumferential grooves 9 arranged as axial stops with the upper end face in the drawing of the externally threaded portion 4 or the lower end face of the lower bearing or sealing ring in the drawing 5 interact. Illustrated is the upper axial end position of the shaft 2 , In this end position is the lower spring ring 9 axially on the inner bearing ring of the lower ball bearing 5 at. In the other axial end position is the upper spring ring 9 on the facing end side of the male threaded portion 4 at.
  • Auf dem in den unteren Gehäuseabschnitt 1'' hineinragenden Wellenteil unterhalb des unteren Federringes 9 sind zwei Polschuhe 10 und 11 aus magnetisierbarem Material, wie z.B. Eisen, voneinander axial beabstandet an der Welle 2 drehfest angeordnet. Axial zwischen den Polschuhen 10 und 11 ist eine Permanent-Magnetanordnung 12 angeordnet, die aus einem einzigen zylinderförmigen Permanentmagnet bestehen kann, der in Achsrichtung der Welle 2 magnetisiert ist, d. h. die eine ringförmige Stirnseite des Permanentmagnets bildet den magnetischen Nordpol und die andere Stirnseite den magnetischen Südpol.On the in the lower housing section 1'' protruding shaft part below the lower spring ring 9 are two pole shoes 10 and 11 of magnetizable material, such as iron, axially spaced from each other on the shaft 2 arranged rotationally fixed. Axial between the pole pieces 10 and 11 is a permanent magnet arrangement 12 arranged, which may consist of a single cylindrical permanent magnet, in the axial direction of the shaft 2 is magnetized, ie, the one annular end face of the permanent magnet forms the magnetic north pole and the other end face the magnetic south pole.
  • Anstelle eines einzigen ring- bzw. zylinderförmigen Permanentmagnets können auch mehrere ringförmig angeordnete Stabmagnete mit zueinander gleich gerichteter magnetischer Polung vorgesehen sein.Instead of a single ring or cylindrical permanent magnet can also several annular arranged bar magnets with mutually equal magnetic Polung be provided.
  • Der obere Polschuh 10 hat die Form einer die Welle 2 umfassenden Kreisscheibe mit einem in der Zeichnung nach oben gerichteten stirnseitigen Ringsteg 10', der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Außenumfang des Ringsteges 10' hat annähernd gleiches Maß wie der Außenumfang des Ringkanales 6, in den der Ringsteg 10' zumindest in der dargestellten oberen axialen Endlage der Welle 2 axial eintaucht. Damit wird zwischen dem Außenumfang des Ringsteges 10' und dem Außenumfang des Ringkanals 6 ein in Radialrichtung äußerst schmaler Spalt gebildet.The upper pole piece 10 has the shape of a wave 2 comprehensive circular disc with an upward-directed in the drawing frontal ring land 10 ' which has a rectangular cross-section. The outer circumference of the ring land 10 ' has approximately the same measure as the outer circumference of the annular channel 6 into the ringwalk 10 ' at least in the illustrated upper axial end position of the shaft 2 immersed axially. This is between the outer circumference of the ring land 10 ' and the outer circumference of the annular channel 6 an extremely narrow gap formed in the radial direction.
  • Der Innendurchmesser des Ringsteges 10' ist größer als der innere Durchmesser des Ringkanals 6, so dass auf der Innenseite des Ringsteges 10' ein im Vergleich zum Spalt auf der Außenseite des Ringsteges 10' radial breiter Ringspalt gebildet wird.The inner diameter of the ring land 10 ' is greater than the inner diameter of the annular channel 6 , so that on the inside of the Ringsteges 10 ' one compared to the gap on the outside of the ring land 10 ' radially wide annular gap is formed.
  • Im Bereich des schmalen radial äußeren Ringspaltes liegt nur in der zeichnerisch dargestellten axialen Endlage der Welle 2 eine nennenswerte axiale Überlappung zwischen der Außenseite des Ringsteges 10' und der zugewandten Außenwand des Ringkanals 6 vor. In der anderen, in der Zeichnung nach unten verschobenen axialen Endlage ist eine sehr geringe bzw. eine nahezu verschwindende Überlappung gegeben, bei der sich die benachbarten rotor- und statorseitigen Ringkanten „Spitze auf Spitze" gegenüberliegen.In the region of the narrow radially outer annular gap is only in the illustrated axial end position of the shaft 2 a significant axial overlap between the outside of the ring land 10 ' and the facing outer wall of the annular channel 6 in front. In the other, in the drawing down shifted axial end position is given a very small or almost vanishing overlap, in which the adjacent rotor and stator side ring edges "tip to tip" are opposite.
  • Der andere Polschuh 11, welcher ebenfalls aus magnetisierbarem Material, z. B. Eisen, besteht, besitzt an seinem Außenumfang eine Verzahnung 11', deren Zahnabstände vorzugsweise ein deutlich geringeres Bogenmaß als die Abstände der Zähne 8' des Innenverzahnungsbereiches 8 aufweisen können. Jedoch sind die Zahnabstände der Verzahnung 11' so bemessen, dass bei schrittweiser Weiterdrehung des Polschuhs 11 jeweils al- len Zähnen 8' jeweils ein Zahn der Verzahnung 11' gegenüber liegt. Das Verhältnis der Zahnzahlen des Innenverzahnungsbereiches 8 zu den Zahnzahlen der Verzahnung 11' liegt vorzugsweise bei 1:4 oder 1:5, vgl. auch 3.The other pole piece 11 which is also made of magnetizable material, for. As iron consists, has on its outer periphery a toothing 11 ' whose tooth spacings preferably a significantly smaller radians than the distances of the teeth 8th' of the internal gear section 8th can have. However, the tooth spaces of the teeth 11 ' so dimensioned that with gradual further rotation of the pole piece 11 all teeth 8th' one tooth each of the teeth 11 ' is opposite. The ratio of the numbers of teeth of the internal gear section 8th to the tooth numbers of the teeth 11 ' is preferably 1: 4 or 1: 5, cf. also 3 ,
  • Die axiale Breite- des Polschuhs 11 ist in 1 geringer als die axiale Breite des Innenverzahnungsbereiches 8. Im übrigen ist der Polschuh 11 so angeordnet, dass er in beiden axialen Endlagen der Welle 2 axial vollständig vom Innen verzahnungsbereich 8 überlappt wird. In der nicht dargestellten unteren axialen Endlage der Welle 2 liegen der untere axiale Rand des Innenverzahnungsbereiches 8 und die untere Stirnseite des Polschuhs 11 annähernd auf einer gemeinsamen Radialebene.The axial width of the pole piece 11 is in 1 less than the axial width of the internal gear portion 8th , Otherwise, the pole piece 11 arranged so that it is in both axial end positions of the shaft 2 completely axially from the internal toothing area 8th is overlapped. In the lower axial end position of the shaft, not shown 2 are the lower axial edge of the internal gear section 8th and the lower end of the pole piece 11 approximately on a common radial plane.
  • Das Rastwerk der 1 funktioniert wie folgt:
    Das Gehäuse 1 bildet einen Leitkörper für das magnetische Feld, welches von der Permanent-Magnetanordnung 12 zwischen den Polschuhen 10 und 11 aufgespannt wird. Bei Drehung der Welle 2 treten zwischen den Zähnen der Verzahnung 11' des Polschuhs 11 und den Zähnen 8' des Innenverzahnungsbereiches 8 auf der Innenseite des Gehäuses 1 signifikante magnetische Flußänderungen auf, je nachdem, ob den Zähnen 8' jeweils Zähne der Verzahnung 11' gegenüberliegen oder nicht. Die Drehstellungen mit einander gegenüberliegenden Zähnen stellen die magnetischen Rastlagen dar, wobei die in den Rastlagen auftretenden Rastkräfte bei den oben genannten Verhältnissen 1:5 bzw. 1:4 der Zahnzahlen besonders ausgeprägt sind.
    The detent work of 1 works as follows:
    The housing 1 forms a conductive body for the magnetic field, which of the permanent magnet assembly 12 between the pole pieces 10 and 11 is spanned. Upon rotation of the shaft 2 occur between the teeth of the teeth 11 ' of the pole piece 11 and the teeth 8th' of the internal gear section 8th on the inside of the case 1 significant magnetic flux changes, depending on whether the teeth 8th' each teeth of the teeth 11 ' opposed or not. The rotational positions with opposing teeth represent the magnetic locking positions, wherein the locking forces occurring in the locking positions are particularly pronounced at the above ratios 1: 5 or 1: 4 of the numbers of teeth.
  • Insbesondere durch das magnetische Feld zwischen dem Ringsteg 10' des Polschuhs 10 und dem Bereich des Gehäuses 1 am Ringkanal 6 wird der Rotor 8 magnetisch in die dargestellte obere axiale Endlage der Welle 2 gedrängt. Gegen diese magnetische Haltekraft kann die Welle 2 axial in die andere Endlage niedergedrückt werden, wobei ein Druckpunkt überwunden wird.In particular, by the magnetic field between the ring land 10 ' of the pole piece 10 and the area of the housing 1 at the ring channel 6 becomes the rotor 8th magnetically in the illustrated upper axial end position of the shaft 2 crowded. Against this ma Gnetische holding force can the shaft 2 are axially depressed in the other end position, wherein a pressure point is overcome.
  • Dieses „Schnappverhalten" beruht darauf, dass bei entsprechender Bemessung der axialen Überlappung zwischen der Außenseite des Ringsteges 10' und der Außenwand des Ringkanals 6 bei Axialverschiebung der Welle 2 in die nicht dargestellte Endlage zunächst eine Sättigung des Magnetfeldes im Bereich des Ringspaltes auf der Außenseite des Ringsteges 10' auftritt. Bei weiterer Axialverschiebung der Welle 2 tritt dann eine Übersättigung ein, insbesondere, wenn schließlich die axiale Überlappung im Bereich des radial äußeren Ringspaltes ein verschwindendes Maß annimmt. Hinzu kommt, dass sich die Form des magnetischen Feldes mit verschwindender axialer Überlappung ausgeprägt ändert. All diese Effekte tragen zu dem genannten Schnappverhalten bei.This "snap action" is based on the fact that with appropriate dimensioning of the axial overlap between the outside of the annular web 10 ' and the outer wall of the annular channel 6 at axial displacement of the shaft 2 in the end position, not shown, initially a saturation of the magnetic field in the region of the annular gap on the outside of the annular web 10 ' occurs. Upon further axial displacement of the shaft 2 then supersaturation occurs, in particular if, finally, the axial overlap in the region of the radially outer annular gap assumes a vanishing degree. In addition, the shape of the magnetic field changes significantly with vanishing axial overlap. All these effects contribute to the aforementioned snap behavior.
  • Die offene untere Stirnseite des Gehäuses 1 ist mittels eines Bodenteiles 13 verschließbar, welches eine nicht näher dargestellte Schaltungsplatine mit elektronischen Bauteilen trägt. Diese Bauteile können so ausgebildet sein, dass sie die Drehstellung des Rotors 3 bzw. dessen verrastete Drehlagen sowie dessen axiale Endlagen erkennen und unterscheiden können. Hierzu können beispielsweise optische Sensoren vorgesehen sein, die ein auf der dem Bodenteil 13 zugewandten Seite des Polschuhs 11 angeordnetes optisches Muster auswerten.The open lower end of the housing 1 is by means of a bottom part 13 lockable, which carries a circuit board, not shown, with electronic components. These components can be designed so that they the rotational position of the rotor 3 or its latched rotational positions and its axial end positions can recognize and distinguish. For this example, optical sensors may be provided, one on the bottom part 13 facing side of the pole piece 11 Evaluate arranged optical pattern.
  • Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach 1 vor allem dadurch, dass auf dem oberen Polschuh 10 radial innerhalb des Ringsteges 10' eine weitere Permanentmagnet-Anordnung 14 mit zur Permanentmagnet-Anordnung 12 gleich gerichteter Magnetisierung fest angeordnet ist. Die Permanent-Anordnung 14 ist so bemessen, dass sie innerhalb des Ringkanals 6 von benachbarten Flächen des Gehäuses 1 einen mehr oder weniger großen Abstand hat.The embodiment of the 2 differs from the embodiment according to 1 especially the fact that on the upper pole piece 10 radially inside the ring land 10 ' another permanent magnet arrangement 14 with the permanent magnet arrangement 12 the same magnetization is fixed. The permanent arrangement 14 is sized to fit within the ring channel 6 from adjacent surfaces of the housing 1 has a more or less large distance.
  • In der in 2 dargestellten oberen Endlage der Welle 2 verbleibt zwischen der in 2 oberen Stirnseite der Permanentmagnet-Anordnung 14 und dem im gegenüberliegenden Boden des Ringkanals 6 ein schmaler Luftspalt, welcher sich verbreitert, sobald die Welle 2 axial in Abwärtsrichtung gedrückt wird.In the in 2 shown upper end position of the shaft 2 remains between the in 2 upper end side of the permanent magnet arrangement 14 and in the opposite bottom of the annular channel 6 a narrow air gap, which widened as soon as the wave 2 is pressed axially in the downward direction.
  • Durch die zusätzliche Permanentmagnet-Anordnung 14 wird eine zusätzliche Rückstell- und Haltekraft erzeugt, die den Rotor 3 in der in 2 oberen Endlage der Welle 2 zu halten bzw. in diese Endlage zurückzustellen sucht.Due to the additional permanent magnet arrangement 14 an additional restoring and holding force is generated which is the rotor 3 in the in 2 upper end position of the shaft 2 to keep or to put back in this final position.
  • Des Weiteren ist bei der Ausführungsform der 2 abweichend von der Ausführungsform der 1 vorgesehen, dass der untere Polschuh 11 nur in der oberen Endlage des Rotors 3 von der gehäuseseitigen Verzahnung 8 axial vollständig überlappt wird. Sobald der Rotor 3 in Richtung seiner unteren Endlage axial verschoben wird, wird der untere Polschuh 11 axial aus dem Innenverzahnungsbereich 8 des Gehäuses 1 herausgeschoben.Furthermore, in the embodiment of the 2 different from the embodiment of the 1 provided that the lower pole piece 11 only in the upper end position of the rotor 3 from the housing-side toothing 8th is completely overlapped axially. As soon as the rotor 3 is moved axially in the direction of its lower end position, the lower pole piece 11 axially out of the internal gear area 8th of the housing 1 pushed out.
  • Dabei können zwischen den Zähnen 11' des Polschuhs 11 und den Zähnen 8' des Innenverzahnungsbereiches 8 magnetische Sättigungseffekte auftreten, die zu einem besser fühlbaren Druckpunkt bzw. zu einem besseren Schnappverhalten beim Niederdrücken der Welle 2 bzw. des Rotors 3 führen.It can be between the teeth 11 ' of the pole piece 11 and the teeth 8th' of the internal gear section 8th magnetic saturation effects occur, leading to a better tactile pressure point or a better snap behavior when depressing the shaft 2 or the rotor 3 to lead.
  • Die 3 zeigt beispielhaft eine magnetisch verrastete Drehlage des Rotors 3, bei der allen Zähnen 8' des Innenverzahnungsbereiches 8 Zähne 11' des unteren Polschuhs 11 gegenüber stehen.The 3 shows an example of a magnetically locked rotational position of the rotor 3 , at the teeth of all 8th' of the internal gear section 8th teeth 11 ' of the lower pole piece 11 stand opposite.
  • Abweichend von der Darstellung in den 1 und 2 kann der Ringkanal 6 unvollständig, d.h. als Ringstufe ausgebildet sein, die zur Rotorwelle 2 hin offen ist, wobei das in der Zeichnung untere Lager 6 entsprechend weiter oben angeordnet werden muss. Die zeichnerisch dargestellte Ausführung ist zur Vermeidung magnetischer Streufelder besonders vorteilhaft.Deviating from the representation in the 1 and 2 can the ring channel 6 incomplete, ie be designed as an annular stage, the rotor shaft 2 is open, the lower bearing in the drawing 6 must be arranged according to further above. The design shown in the drawing is particularly advantageous for avoiding stray magnetic fields.

Claims (11)

  1. Rastwerk, insbesondere für elektrische Schalter, mit berührungsfreier magnetischer Verrastung von Drehstellungen eines Rotors (3) relativ zu einem dazu gleichachsigen Stator (1), mit einer rotor- oder statorseitigen Magnetanordnung (12) mit in Richtung der Rotorachse ausgerichteter magnetischer Achse und voneinander axial beabstandeten Polschuhen (10, 11), die über ringförmige Luftspalte mit einem den magnetischen Fluß zwischen den Polschuhen führenden bzw. bündelnden stator- oder rotorseitigem Leitkörper (1) magnetisch zusammenwirken, wobei zumindest einer der Polschuhe sowie der diesem Polschuh (11) zugeordnete Teil des Leitkörpers (8) einander zugewandte Verzahnungen (8', 11') aufweisen, die den zugeordneten Luftspalt begrenzen und miteinander magnetisch rastend zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) zwischen zwei Endlagen axial beweglich angeordnet ist und zumindest ein Polschuh (10) sowie der damit zusammenwirkende Teil (1') des Leitkörpers (1) einander an einem in Umfangsrichtung des Rotors erstreckten Spalt axial überlappen, wobei das Maß der Überlappung in der selbsthaltenden einen Endlage ein Maximum aufweist.Locking device, in particular for electrical switches, with non-contact magnetic locking of rotational positions of a rotor ( 3 ) relative to an equiaxed stator ( 1 ), with a rotor or stator magnet assembly ( 12 ) with aligned in the direction of the rotor axis of the magnetic axis and axially spaced from each other pole pieces ( 10 . 11 ), which via annular air gaps with a magnetic flux between the pole shoes leading or bundling stator or rotorseitigem guide body ( 1 ) interact magnetically, wherein at least one of the pole shoes and the pole piece ( 11 ) associated part of the guide body ( 8th ) mutually facing toothings ( 8th' . 11 ' ), which limit the associated air gap and cooperate with each other magnetically latching, characterized in that the rotor ( 3 ) is arranged axially movable between two end positions and at least one pole piece ( 10 ) and the cooperating part ( 1' ) of the guide body ( 1 ) axially overlap each other at a gap extending in the circumferential direction of the rotor, wherein the degree of overlap in the self-holding one end position has a maximum.
  2. Rastwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polschuh (10) des Rotors (3) und der Leitkörper (1) einander mit zylindrischen Außen- und/oder Innenumfangsflächen axial überlappen, wobei das Maß der Überlappung in der einen Endlage ein Maximum aufweist.Locking device according to claim 1, characterized in that a pole piece ( 10 ) of the rotor ( 3 ) and the guide body ( 1 ) axially overlap each other with cylindrical outer and / or inner peripheral surfaces, wherein the degree of overlap in the one end position has a maximum.
  3. Rastwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der anderen axialen Endlage keine oder nur eine verschwindende axiale Überlappung vorliegt.Rest stop according to claim 1 or 2, characterized that in the other axial end position no or only a vanishing axial overlap is present.
  4. Rastwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polschuh (10) und der zugeordnete Teil (1') des Leitkörpers (1) einander auf der vom anderen Polschuh (11) abgewandten Seite des einen Polschuhs (10) radial überlappen, wobei der axiale Abstand zwischen den einander radial überlappenden Flächen des einen Polschuhs (10) und des Leitkörpers (1) in der einen Endlage minimal und in der anderen Endlage maximal ist.Latching mechanism according to one of claims 1 to 3, characterized in that a pole piece ( 10 ) and the associated part ( 1' ) of the guide body ( 1 ) on each other on the other pole piece ( 11 ) facing away from the one pole piece ( 10 ) overlap radially, wherein the axial distance between the radially overlapping surfaces of the one pole piece ( 10 ) and the guide body ( 1 ) is minimal in one end position and maximum in the other end position.
  5. Rastwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur einer der Polschuhe sowie der diesem Polschuh (11) zugeordnete Teil (8) des Leitkörpers (1) einander zugewandte Verzahnungen (8', 11') aufweisen.Latching mechanism according to one of claims 1 to 4, characterized in that only one of the pole pieces and the pole piece ( 11 ) associated part ( 8th ) of the guide body ( 1 ) mutually facing toothings ( 8th' . 11 ' ) exhibit.
  6. Rastwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (8', 11') an einander zugewandten Außen- und Innenumfangsflächen des einen Polschuhs (11) sowie des zugeordneten Teils (8) des Leitkörpers (1) angeordnet und die Verzahnung am einen dieser Elemente eine derartige axiale Länge in Richtung der Rotorachse aufweist, dass die damit zusammenwirkende Verzahnung in allen Axiallagen des Rotors (3) zumindest nahezu vollständig axial überlappt wird.Rest stop according to claim 5, characterized in that the toothings ( 8th ' 11 ') on mutually facing outer and inner peripheral surfaces of a pole piece ( 11 ) as well as the assigned part ( 8th ) of the guide body ( 1 ) and the toothing on one of these elements has such an axial length in the direction of the rotor axis, that the cooperating toothing in all axial positions of the rotor ( 3 ) is at least almost completely axially overlapped.
  7. Rastwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Polschuh (10) einen stirnseitigen Ringsteg (10') aufweist, der in der selbsthaltenden axialen Endlage des Rotors (3) in eine Ringstufe (6) des Leitkörpers (1) eintaucht.Latching mechanism according to one of claims 1 to 6, characterized in that the one pole piece ( 10 ) an end-face annular web ( 10 ' ), which in the latching axial end position of the rotor ( 3 ) in an annular step ( 6 ) of the guide body ( 1 immersed).
  8. Rastwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringstufe Teil eines im Leitkörper (1) ausgebildeten Ringkanals (6) ist, in den der Ringsteg (10') in der selbsthaltenden axialen Endlage des Rotors (3) eintaucht.Locking device according to claim 7, characterized in that the annular step part of a in the guide body ( 1 ) formed annular channel ( 6 ), in which the ring land ( 10 ' ) in the self-holding axial end position of the rotor ( 3 immersed).
  9. Rastwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der von der Permanentmagnet-Anordnung (12) abgewandten Stirnseite des einen Polschuhs (10) eine weitere Permanentmagnet-Anordnung (14) mit zur Rotorachse paralleler Magnetisierung angeordnet ist, die mit ihrer vom genannten Polschuh (10) abgewandten Stirnseite einer zur Rotorachse radialen Ringfläche zugewandt ist, die von der genannten Stirnseite der weiteren Permanentmagnet-Anordnung durch einen Luftspalt mit in der selbsthaltenden axialen Endlage des Rotors (3) minimaler Breite getrennt ist.Latching mechanism according to one of claims 1 to 8, characterized in that on the of the permanent magnet arrangement ( 12 ) facing away from the end of a pole piece ( 10 ) a further permanent magnet arrangement ( 14 ) is arranged with magnetization parallel to the rotor axis, which with its from the said pole piece ( 10 ) facing away from a radial surface facing the rotor axis annular surface, of the said end face of the further permanent magnet arrangement by an air gap with in the self-holding axial end position of the rotor ( 3 ) minimum width is separated.
  10. Rastwerk nach Anspruch 9 und einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Permanentmagnet-Anordnung (14) radial benachbart zum Ringsteg (10') angeordnet ist.Locking device according to claim 9 and one of claims 7 or 8, characterized in that the further permanent magnet arrangement ( 14 ) radially adjacent to the annular land ( 10 ' ) is arranged.
  11. Rastwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelder zwischen dem Leitkörper (1) und den Polschuhen (10, 11) in der selbsthaltenden axialen Endlage des Rotors (3) im wesentlichen übersättigungsfrei sind, und dass in der anderen axialen Endlage des Rotors (3) zumindest am einen Polschuh (10) ein zumindest bereichsweise übersättigtes Magnetfeld vorliegt.Latching mechanism according to one of claims 1 to 10, characterized in that the magnetic fields between the guide body ( 1 ) and the pole shoes ( 10 . 11 ) in the self-holding axial end position of the rotor ( 3 ) are substantially supersaturation-free, and that in the other axial end position of the rotor ( 3 ) at least on one pole piece ( 10 ) is present at least partially supersaturated magnetic field.
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