EP2743940A1 - Elektromagnetischer Aktor - Google Patents

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EP2743940A1
EP2743940A1 EP12008246.6A EP12008246A EP2743940A1 EP 2743940 A1 EP2743940 A1 EP 2743940A1 EP 12008246 A EP12008246 A EP 12008246A EP 2743940 A1 EP2743940 A1 EP 2743940A1
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EP
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magnetic
electromagnetic actuator
air gap
magnet
actuator according
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EP12008246.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2743940B1 (de
Inventor
Felix Ams
Peter Metternich De Oliveira
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Asco Numatics GmbH
Original Assignee
Asco Numatics GmbH
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuator having at least one electrical switching magnet having a magnetic circuit, a lying in the magnetic circuit, of a magnetic core and a magnet armature limited working air gap and a magnetic force field in the working air gap generating magnetic coil.
  • Such electromagnetic actuators are used for actuating hydraulic or pneumatic valves or electrical circuit breakers, wherein the valves and circuit breakers in two stable end states, open or closed, can be transferred.
  • the switching times of the actuators are determined by the switching times of the solenoids.
  • these solenoids In order to integrate several solenoids in an actuator for operating a group of valves or circuit breakers, these solenoids must have exactly the same switching times. However, the switching time of a solenoid is dependent on manufacturing tolerances of the parts of the solenoid, of material variations of the magnetic material and variations of the coil winding of the solenoid.
  • the invention has for its object to compensate for switching magnets of electromagnetic actuators production-related tolerance deviations of the switching times to u. a. In electromagnetic actuators to be able to "pair" switching magnets with exactly the same switching times.
  • the electromagnetic actuator according to the invention has the advantage that by varying the gap width of the working air gap in the magnetic circuit of each switching magnet, the switching time of the switching magnet varies within limits and thus can be set exactly to a desired value.
  • the adjusting means on the magnetic core acting on the longitudinal displacement adjustment mechanism acting on the longitudinal displacement adjustment mechanism.
  • the adjustment mechanism has a manually operable actuator and is designed so that a rotational movement of the actuator causes the longitudinal displacement of the magnetic core.
  • magnetic core and armature are guided in a hollow cylindrical bobbin of the magnetic coil, which carries a coil winding, also called exciter winding, the magnetic coil.
  • the adjustment mechanism has a screw connection between setting member and bobbin.
  • the screw connection is advantageously realized in that the adjusting mechanism at least one rotating ramp on the bobbin ramp and the Setting member has at least one resting on the ramp slider and a tool holder for a rotary tool.
  • the adjusting member With insertion of the rotary tool in the tool holder, the adjusting member to z. B. ⁇ 80 °, wherein the slider slides along the ramp and the magnetic core associated with it, also called pole piece, axially displaces up or down, whereby the gap width of the working air gap increases or decreases.
  • the actuator is integrally formed on the magnetic core, whereby a simple manufacture of the actuator is achieved with slider.
  • the actuator is frictionally on the ramp on the at least one slider, wherein the adhesion is generated via a magnetic yoke of the switching magnet.
  • the magnetic yoke is substantially U-shaped with two legs and one leg connecting together Mitteilteil executed. The two legs engage over the magnet coil in the coil axis direction and are connected to one another at the leg ends by a flux piece recessed in the region of the magnet armature. The middle part of the magnetic yoke axially presses with spring bias on the adjusting member and is recessed in the region of the tool holder.
  • the solenoid has a return device for returning the armature in case of elimination of the force field in the working air gap.
  • a return device is advantageously realized by means of a compression spring, which is arranged in the working air gap and is supported between the mutually facing, the working air gap limiting end faces of the magnetic core and magnet armature.
  • the restoring device has a first permanent magnet inserted into the magnet core and a second permanent magnet inserted into the magnet armature, wherein the two permanent magnets with equidirectional poles face each other at the working air gap.
  • the return device of the solenoid operates monostable, ie the armature is for the period of energization of the solenoid in his Switching state held and returns after elimination of the energization in its rest position.
  • this has a arranged in the working air gap pressure spring, which is supported between the mutually facing end faces of the magnetic core and armature, and a permanent magnet inserted into the magnetic core or the armature whose magnetic force is greater than the spring force of the Drucklfeder.
  • the switching valve operates bistable and is converted by reversing the current to the solenoid coil in one or the other switching state.
  • the coil winding of the magnetic coil is controlled by a power electronics having a holding circuit.
  • the power to maintain the switching state of the solenoid is reduced after the expiration of the switching time of the solenoid.
  • Electromagnetic actuator shown with non-encapsulated solenoid 12 has an actuator block 11 in which a plurality of hydraulic or pneumatic valves are integrated, each valve is confirmed by a seated on the actuator block 11 electrical switching magnet 12.
  • the actuator block 11 includes four valves and the actuator corresponding to four electric solenoids 12.
  • valves in the actuator block 11 and electrical circuit breaker may be integrated, each circuit breaker is actuated by a solenoid 12.
  • FIGS. 6 to 8 An electrical switching magnet 12 is in FIGS. 6 to 8 shown in longitudinal section and in plan view. FIGS. 3, 4 and 5
  • the electrical switching magnet 12 has a magnetic circuit with a pole piece or magnetic core 13 and a magnet armature 14 and an enclosed between the magnetic core 13 and armature 14 Working air gap 15, in which by means of a magnetic coil 16, a magnetic force field is generated.
  • the magnetic circuit is closed by a magnetic yoke 17 and a flux piece 18.
  • the magnet coil 16 has a hollow cylindrical coil body 19 with an upper and lower end flange 191, 192 and a coil winding 20, also called exciter winding, which is wound onto the coil former 19 between the two end flanges 191, 192.
  • the magnetic yoke 17 is U-shaped with two legs 171, 172 and a leg connecting the legs 171, 172 173 formed and pushed onto the solenoid 16 so that the two legs 171, 172 engage over the magnetic coil 16 in the longitudinal or axial direction and the middle part 173 generates a spring force directed toward the magnetic core 13.
  • the flux piece 18 connects the ends of the two legs 171, 172 with each other and is recessed in the region of the magnet armature 14, so that it can pass through the flux piece 18.
  • the armature 14 is z. B. firmly connected to a valve member of a valve in the actuator block 11.
  • the adjustment mechanism 21 has a manually operable actuator 22 and is designed so that a rotational movement of the actuator 22 causes the longitudinal displacement of the magnetic core 13. This can be realized, for example, by a screw connection between the actuator 22 and bobbin 19 of the magnetic coil 16.
  • the adjustment mechanism 21 has at least one oblique ramp 23 (FIG. FIG. 5 ) and the actuator 22 at least one resting on the ramp 23 slider 24 (FIG. FIG. 4 ) and a tool holder 24 for a turning tool ( FIG.
  • the actuator 22 is advantageously integrally formed on the magnetic core 13 ( FIG. 1 and 4 ), but also as be formed separate component, the non-positively applied to the magnetic core 13 or is firmly connected thereto.
  • the magnetic yoke 17 resting on the actuator 22 with its spring-biased middle portion 173 provides a frictional connection between the at least one slider 25 on the actuator 22 and the ramp 23 on the bobbin 19.
  • the center portion 173 of the magnetic yoke 17 is in the region of Tool holder 24 recessed, thus having a central through hole 26, which allows access to the tool holder 24.
  • the tool holder 24 is designed as a slot into which a screwdriver can be inserted.
  • two sliders 25 are present on the actuator 22 and the magnetic core 13 ( FIG. 4 ).
  • FIGS. 6 to 8 can be illustrated by turning the actuator 22 from a middle position ( FIG. 7 ) reduces the gap width b of the working air gap 15 ( FIG. 6 ) or enlarged ( FIG. 8 ) and thereby the switching time of the solenoid 12 can be shortened or increased.
  • the air gap width b of the working air gap 15 can thus be adjusted so that the influence of manufacturing tolerances on the switching time of the solenoid 12 compensated and all the switching magnets 12 on the actuator block 11 have an identical switching time. If the actuator 22 from its position according to FIG. 7 to z. B. rotated 80 ° clockwise ( FIG. 6 ), the sliders 25 on the actuator 22 on the ramp 23 ( FIG.
  • the actuator 22 for example, rotated counterclockwise up to 80 ° ( FIG. 8 ) so slide the sliders 25 on the ramp 23 upwards, whereby the magnetic core 13 is displaced against the spring bias of the magnetic yoke 17 and the gap width b of the working air gap 15 increases.
  • the switching time of the solenoid 12 is reduced or increased.
  • the switching magnet 12 described above operates monostable, ie, the magnet armature 14 is energized when the solenoid 16 by the in Working air gap 15 constructed magnetic force field to the magnetic core 13 moves back and falls in elimination of the energization of the solenoid 16, so when eliminating the magnetic force field, back to its original position.
  • a return device 27 is provided, which is realized in the illustrated embodiment by means of a compression spring 28 which is arranged in the working air gap 15 and is supported between the mutually facing, the working air gap 15 delimiting end faces of the magnetic core 13 and armature 14.
  • the biasing force of the central part 173 of the magnetic yoke 17 is greater than the axially directed restoring force of the return device 27, so that the sliders 25 remain on the actuator 22 with the ramps 23 on the bobbin 19 in frictional engagement.
  • the return device 27 applies the magnetic core 13 to the actuator 22 in a force-fitting manner.
  • a modified reset device 27 is shown in FIG FIG. 9 shown.
  • the restoring device 27 comprises a first permanent magnet 29 inserted into the magnet core 13 and a second permanent magnet 30 inserted into the magnet armature 14, the permanent magnets 29, 30 facing the same direction poles, here with the south poles "S", at the working air gap 15.
  • the two permanent magnets 29, 30 repel each other, wherein the repulsive force of the permanent magnets 29, 30 is overcome when the magnetic coil 16 is energized.
  • FIG. 10 shows a longitudinal section of a switching magnet 12 which operates bistable, that is stable in each of its two switching states.
  • the return device 27, in turn, the compression spring 28 which is arranged in the working air gap 15 and is supported between the mutually facing end faces of the magnetic core 13 and armature 14, and in addition a permanent magnet 31 which is inserted into the magnetic core 13 and its magnetic force greater is as the spring force of the compression spring 28. If the solenoid 26 is energized, the armature 14 against the spring force of Tightened compression spring 28. In the absence of energization of the armature 14 is held by the permanent magnet 31 in this position.
  • the solenoid 26 is energized with reverse polarity, the magnetic force of the permanent magnet 31 is weakened and the compression spring 28 is able to return the armature 14 in its rest position.
  • the permanent magnet 31 may alternatively be used in the armature 14.
  • Each of the arranged on the actuator block 11 switching 12 is encapsulated, so covered with a protective housing 32, as for three solenoids 12 in FIG. 1 is illustrated.
  • the magnetic coil 16 is also removed and the magnet yoke 17 is indicated by dashed lines, so that the magnetic circuit with magnetic core 13, magnet armature 14 and working air gap 15 enclosed between them can be seen.
  • the upper end flange 191 is shown by the bobbin 19.
  • the coil winding 20 is connected via a power electronics to a voltage source.
  • the power electronics has a known holding circuit, which serves to reduce power while maintaining the energization after the switching time.
  • the power electronics with holding circuit is housed in a protective box 33 which is attached like a backpack to the protective housing 32 ( FIG. 1 ). Connection contacts 34, 35 for the voltage source are led out of the protective box 33.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktor, der mindestens einen elektrischen Schaltmagneten (12) mit einem magnetischen Kreis, einem im magnetischen Kreis von einem Magnetkern (13) und einem Magnetanker (14) begrenzten Arbeitsluftspalt (15) und einer ein magnetisches Kraftfeld im Arbeitsluftspalt (15) erzeugenden Magnetspule (16) aufweist. Zur Kompensation von fertigungsbedingten Abweichungen der Schaltzeit des endgefertigten Schaltmagneten (12) von einer vorgegebenen Sollschaltzeit sind Mittel zum manuellen Einstellen der Spaltbreite (b) des Arbeitsluftspalts (15) vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Aktor mit mindestens einem elektrischen Schaltmagneten, der einen magnetischen Kreis, einen im magnetischen Kreis liegenden, von einem Magnetkern und einem Magnetanker begrenzten Arbeitsluftspalt und eine ein magnetisches Kraftfeld im Arbeitsluftspalt erzeugende Magnetspule aufweist.
  • Derartige elektromagnetische Aktoren dienen zum Betätigen von hydraulischen oder pneumatischen Ventilen oder elektrischen Leistungsschaltern, wobei die Ventile und Leistungsschalter in zwei stabile Endzustände, offen oder geschlossen, überführbar sind. Die Schaltzeiten der Aktoren werden durch die Schaltzeiten der Schaltmagnete bestimmt. Um mehrere Schaltmagnete in einem Aktor zum Betätigen einer Gruppe von Ventilen oder Leistungsschaltern integrieren zu können, müssen diese Schaltmagnete exakt gleiche Schaltzeiten aufweisen. Die Schaltzeit eines Schaltmagneten ist jedoch abhängig von Fertigungstoleranzen der Teile des Schaltmagneten, von Materialvariationen des magnetischen Materials und Variationen des Spulenwickels der Magnetspule.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an Schaltmagneten von elektromagnetischen Aktoren fertigungsbedingte Toleranzabweichungen der Schaltzeiten zu kompensieren, um u. a. in elektromagnetischen Aktoren Schaltmagnete mit exakt gleichen Schaltzeiten "paaren" zu können.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
  • Der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktor hat den Vorteil, dass durch Veränderung der Spaltbreite des Arbeitsluftspalts im magnetischen Kreis eines jeden Schaltmagneten die Schaltzeit des Schaltmagneten in Grenzen variiert und damit auf einen gewünschten Wert exakt eingestellt werden kann.
  • Weitere besondere Erfindungsmerkmale sowie Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstands ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Einstellmittel eine am Magnetkern zu dessen Längsverschiebung angreifende Einstellmechanik auf. Die Einstellmechanik besitzt ein manuell betätigbares Stellglied und ist so konzipiert, dass eine Drehbewegung des Stellglieds die Längsverschiebung des Magnetkerns bewirkt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Magnetkern und Magnetanker in einem hohlzylindrischen Spulenkörper der Magnetspule geführt, der einen Spulenwickel, auch Erregerwicklung genannt, der Magnetspule trägt. Die Einstellmechanik weist eine Schraubverbindung zwischen Einstellglied und Spulenkörper auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schraubverbindung vorteilhaft dadurch realisiert, dass die Einstellmechanik mindestens eine am Spulenkörper umlaufende schräge Rampe und das Einstellglied mindestens ein auf der Rampe aufliegendes Gleitstück sowie eine Werkzeugaufnahme für ein Drehwerkzeug aufweist. Mit Einsetzen des Drehwerkzeugs in die Werkzeugaufnahme kann das Einstellglied um z. B. ± 80° gedreht werden, wobei das Gleitstück auf der Rampe entlanggleitet und den mit ihm verbundenen Magnetkern, auch Polstück genannt, axial nach oben oder unten verschiebt, wodurch die Spaltbreite des Arbeitsluftspalts zu- oder abnimmt. Vorzugsweise ist das Stellglied einstückig am Magnetkern ausgeformt, wodurch eine einfache Fertigung des Stellglieds mit Gleitstück erzielt wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt das Stellglied über das mindestens eine Gleitstück kraftschlüssig auf der Rampe auf, wobei der Kraftschluss über ein Magnetjoch des Schaltmagneten erzeugt wird. Das Magnetjoch ist im Wesentlichen U-förmig mit zwei Schenkeln und einem die Schenkel miteinander verbindenden Mitteilteil ausgeführt. Die beiden Schenkel übergreifen die Magnetspule in Spulenachsrichtung und sind an den Schenkelenden durch ein im Bereich des Magnetankers ausgespartes Flussstück miteinander verbunden. Der Mittelteil des Magnetjochs drückt mit Federvorspannung axial auf das Einstellglied und ist im Bereich der Werkzeugaufnahme ausgespart.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Schaltmagnet eine Rückstellvorrichtung zum Rückführen des Magnetankers bei Wegfall des Kraftfelds im Arbeitsluftspalt auf. Eine solche Rückstellvorrichtung ist vorteilhaft mittels einer Druckfeder realisiert, die im Arbeitsluftspalt angeordnet ist und sich zwischen den einander zugekehrten, den Arbeitsluftspalt begrenzenden Stirnflächen von Magnetkern und Magnetanker abstützt. In einer alternativen Ausführungsform weist die Rückstellvorrichtung einen in den Magnetkern eingesetzten ersten Permanentmagneten und einen in den Magnetanker eingesetzten zweiten Permanentmagneten auf, wobei die beiden Permanentmagnete mit gleichsinnigen Polen einander am Arbeitsluftspalt zugekehrt sind. Bei beiden Ausführungsformen der Rückstellvorrichtung arbeitet der Schaltmagnet monostabil, d.h. der Magnetanker wird für die Zeitdauer der Bestromung der Magnetspule in seinem Schaltzustand gehalten und kehrt nach Wegfall der Bestromung in seine Ruheposition zurück.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Rückstellvorrichtung weist diese eine im Arbeitsluftspalt angeordnete Druckfeder, die sich zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen von Magnetkern und Magnetanker abstützt, sowie einen in den Magnetkern oder den Magnetanker eingesetzten Permanentmagneten auf, dessen Magnetkraft größer ist als die Federkraft der Drucklfeder. In diesem Fall arbeitet das Schaltventil bistabil und wird durch Umpolung der Bestromung der Magnetspule in den einen oder anderen Schaltzustand überführt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Spulenwickel der Magnetspule über eine Leistungselektronik angesteuert, die eine Halteschaltung aufweist. Durch diese Halteschaltung wird nach Ablauf der Schaltzeit des Schaltmagneten die Leistung zur Aufrechterhaltung des Schaltzustands des Schaltmagneten reduziert.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ausschnittweise eine perspektivische Ansicht eines elektromagnetischen Aktors mit mehreren gekapselten Schaltmagneten, von denen einer teilweise demontiert ist,
    Fig. 2
    eine perspektivische Ansicht des Aktors mit ungekapselten Schaltmagneten,
    Fig. 3
    ausschnittweise eine Seitenansicht eines Magnetjochs eines Schaltmagneten,
    Fig. 4
    ausschnittweise eine Seitenansicht eines Magnetkerns des Schaltmagneten mit einstückig angeformtem Stellglied,
    Fig. 5
    ausschnittweise eine perspektivische Draufsicht eines Spulenkörpers einer Magnetspule des Schaltmagneten,
    Fig.6 bis 8
    jeweils eine Längsschnitt und eine Draufsicht eines Schaltmagneten in drei verschiedenen Drehstellungen des Stellglieds,
    Fig. 9
    einen Längsschnitt eines Schaltmagneten mit einer Rückstellvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 10
    einen Längsschnitt eines Schaltmagneten mit einer Rückstellvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • Der in Fig. 1 ausschnittweise mit gekapselten Schaltmagneten 12 und in Figur 2 mit ungekapselten Schaltmagneten 12 dargestellte elektromagnetische Aktor weist einen Aktorblock 11 auf, in dem mehrere hydraulische oder pneumatische Ventile integriert sind, wobei jedes Ventil von einem auf dem Aktorblock 11 aufsitzenden elektrischen Schaltmagneten 12 bestätigt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der Aktorblock 11 vier Ventile und der Aktor entsprechend vier elektrische Schaltmagnete 12. Anstelle der Ventile können in dem Aktorblock 11 auch elektrische Leistungsschalter integriert sein, wobei jeder Leistungsschalter von einem Schaltmagneten 12 betätigt wird.
  • Ein elektrischer Schaltmagnet 12 ist in Figur 6 bis 8 im Längsschnitt und in Draufsicht dargestellt. Figur 3, 4 und 5 zeigen ausschnittweise Einzelteile des Schaltmagneten 12. Der elektrische Schaltmagnet 12 weist einen magnetischen Kreis mit einem Polstück oder Magnetkern 13 und einem Magnetanker 14 sowie einen zwischen Magnetkern 13 und Magnetanker 14 eingeschlossenen Arbeitsluftspalt 15 auf, in dem mittels einer Magnetspule 16 ein magnetisches Kraftfeld erzeugt wird. Der magnetische Kreis ist durch ein Magnetjoch 17 und ein Flussstück 18 geschlossen. Die Magnetspule 16 weist einen hohlzylindrischen Spulenkörper 19 mit einem oberen und unteren Endflansch 191, 192 und einen Spulenwickel 20, auch Erregerwicklung genannt, auf, der zwischen den beiden Endflanschen 191, 192 auf den Spulenkörper 19 aufgewickelt ist. Das Magnetjoch 17 ist U-förmig mit zwei Schenkeln 171, 172 und einem die Schenkel 171, 172 verbindenden Mittelteil 173 ausgebildet und so auf die Magnetspule 16 aufgeschoben, dass die beiden Schenkel 171, 172 die Magnetspule 16 in deren Längs- oder Achsrichtung übergreifen und der Mittelteil 173 eine zum Magnetkern 13 hin gerichtete Federkraft erzeugt. Das Flussstück 18 verbindet die Enden der beiden Schenkel 171, 172 miteinander und ist im Bereich des Magnetankers 14 ausgespart, so dass dieser durch das Flussstück 18 hindurchtreten kann. Der Magnetanker 14 ist z. B. fest mit einem Ventilglied eines Ventils im Aktorblock 11 verbunden.
  • Zur Kompensation von fertigungsbedingten Abweichungen von vorgegebenen Sollwerten für die Schaltzeit des Schaltmagneten sind Mittel zum manuellen Einstellen der Spaltbreite b des Arbeitsluftspalts 15 vorgesehen. Diese Mittel weisen eine am Magnetkern 13 zu dessen Längsverschiebung angreifende Einstellmechanik 21 auf. Die Einstellmechanik 21 besitzt ein manuell betätigbares Stellglied 22 und ist so konzipiert, dass eine Drehbewegung des Stellglieds 22 die Längsverschiebung des Magnetkerns 13 bewirkt. Dies kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung zwischen Stellglied 22 und Spulenkörper 19 der Magnetspule 16 realisiert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Einstellmechanik 21 mindestens eine am Spulenkörper 19 umlaufende schräge Rampe 23 (Figur 5) und das Stellglied 22 mindestens ein auf der Rampe 23 aufliegendes Gleitstück 24 (Figur 4) sowie eine Werkzeugaufnahme 24 für ein Drehwerkzeug (Figur 1 und 7) auf. Die Rampe 23 ist vorzugsweise in den oberen Endflansch 191 des Spulenkörpers 19 eingeformt. Das Stellglied 22 ist vorteilhaft einstückig am Magnetkern 13 ausgeformt (Figur 1 und 4), kann aber auch als separates Bauteil ausgebildet sein, das kraftschlüssig an dem Magnetkern 13 anliegt oder mit diesem fest verbunden ist. Das mit seinem Mittelteil 173 mit Federvorspannung auf dem Stellglied 22 aufliegende Magnetjoch 17 bewirkt einen Kraftschluss zwischen dem mindestens einen Gleitstück 25 am Stellglied 22 und der Rampe 23 am Spulenkörper 19. Zur manuellen Betätigung des Stellglieds 22 ist der Mittelteil 173 des Magnetjochs 17 im Bereich der Werkzeugaufnahme 24 ausgespart, weist also ein zentrales Durchgangsloch 26 auf, das den Zugang zu der Werkzeugaufnahme 24 ermöglicht. Im Ausführungsbeispiel ist die Werkzeugaufnahme 24 als Schlitz ausgeführt, in den ein Schraubendreher eingesteckt werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind am Stellglied 22 bzw. Magnetkern 13 zwei Gleitstücke 25 vorhanden (Figur 4).
  • Wie mit den Bildern in Figur 6 bis 8 illustriert ist, kann durch Drehen des Stellglieds 22 aus einer Mittelstellung (Figur 7) die Spaltbreite b des Arbeitsluftspalts 15 verkleinert (Figur 6) oder vergrößert (Figur 8) werden und dadurch die Schaltzeit des Schaltmagneten 12 verkürzt oder vergrößert werden. Die Luftspaltbreite b des Arbeitsluftspalts 15 kann somit so justiert werden, dass der Einfluss von Fertigungstoleranzen auf die Schaltzeit des Schaltmagneten 12 kompensiert und alle Schaltmagnete 12 auf dem Aktorblock 11 eine identische Schaltzeit besitzen. Wird das Stellglied 22 aus seiner Stellung gemäß Figur 7 bis z. B. 80° im Uhrzeigersinn gedreht (Figur 6) verschieben sich die Gleitstücke 25 am Stellglied 22 auf der Rampe 23 (Figur 5) nach unten und die Spaltbreite b des Arbeitsluftspalts 15 wird kontinuierlich verkleinert. Wird dagegen das Stellglied 22 z.B. bis zu 80° entgegen Uhrzeigersinn gedreht (Figur 8) so schieben sich die Gleitstücke 25 auf der Rampe 23 nach oben, wodurch der Magnetkern 13 gegen die Federvorspannung des Magnetjochs 17 verschoben wird und die Spaltbreite b des Arbeitsluftspalts 15 zunimmt. Je nach Verschiebeweg verringert oder vergrößert sich die Schaltzeit des Schaltmagneten 12.
  • Der vorstehend beschriebene Schaltmagnet 12 arbeitet monostabil, d. h. der Magnetanker 14 wird bei Bestromung der Magnetspule 16 durch das im Arbeitsluftspalt 15 aufgebaute magnetische Kraftfeld zum Magnetkern 13 hin bewegt und fällt bei Wegfall der Bestromung der Magnetspule 16, also bei Wegfall des magnetischen Kraftfelds, wieder in seine Ausgangsstellung zurück. Hierzu ist eine Rückstellvorrichtung 27 vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Druckfeder 28 realisiert ist, die im Arbeitsluftspalt 15 angeordnet ist und sich zwischen den einander zugekehrten, den Arbeitsluftspalt 15 begrenzenden Stirnflächen von Magnetkern 13 und Magnetanker 14 abstützt. Die Vorspannkraft des Mittelteils 173 des Magnetjochs 17 ist größer als die axial gerichtete Rückstellkraft der Rückstellvorrichtung 27, so dass die Gleitstücke 25 am Stellglied 22 mit den Rampen 23 am Spulenkörper 19 im kraftschlüssigen Eingriff verbleiben. Bei der Ausführung von Magnetkern 13 und Stellglied 22 als separate Bauteile legt die Rückstellvorrichtung 27 den Magnetkern 13 kraftschlüssig an das Stellglied 22 an.
  • Eine modifizierte Rückstellvorrichtung 27 ist in Figur 9 dargestellt. Hier umfasst die Rückstellvorrichtung 27 einen in den Magnetkern 13 eingesetzten ersten Permanentmagneten 29 und einen in den Magnetanker 14 eingesetzten zweiten Permanentmagneten 30, wobei die Permanentmagnete 29, 30 mit gleichsinnigen Polen, hier mit den Südpolen "S", einander am Arbeitsluftspalt 15 zugekehrt sind. Die beiden Permanentmagnete 29, 30 stoßen einander ab, wobei die Abstoßkraft der Permanentmagnete 29, 30 bei Bestromung der Magnetspule 16 überwunden wird.
  • Figur 10 zeigt einen Längsschnitt eines Schaltmagneten 12, der bistabil arbeitet, d. h. in jedem seiner beiden Schaltzustände stabil ist. Hierzu weist die Rückstellvorrichtung 27 wiederum die Druckfeder 28 auf, die in dem Arbeitsluftspalt 15 angeordnet ist und sich zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen von Magnetkern 13 und Magnetanker 14 abstützt, sowie zusätzlich einen Permanentmagneten 31, der in den Magnetkern 13 eingesetzt ist und dessen Magnetkraft größer ist als die Federkraft der Druckfeder 28 ist. Wird die Magnetspule 26 bestromt, so wird der Magnetanker 14 gegen die Federkraft der Druckfeder 28 angezogen. Bei Wegfall der Bestromung wird der Magnetanker 14 durch den Permanentmagneten 31 in dieser Stellung gehalten. Wird nun die Magnetspule 26 mit umgekehrter Polarität bestromt, so wird die Magnetkraft des Permanentmagneten 31 geschwächt und die Druckfeder 28 vermag den Magnetanker 14 in seine Ruhestellung zurückzuführen. Der Permanentmagnet 31 kann alternativ auch in den Magnetanker 14 eingesetzt werden.
  • Jeder der auf dem Aktorblock 11 angeordneten Schaltmagnete 12 ist gekapselt, also mit einem Schutzgehäuse 32 abgedeckt, wie dies für drei Schaltmagnete 12 in Figur 1 illustriert ist. Bei dem nicht gekapselten Schaltmagneten ist zudem die Magnetspule 16 entfernt und das Magnetjoch 17 strichliniert angedeutet, so dass der magnetische Kreis mit Magnetkern 13, Magnetanker 14 und zwischen diesen eingeschlossenem Arbeitsluftspalt 15 zu sehen ist. Um die Zuordnung des mit dem Magnetkern 13 einstückigen Stellglieds 22 zur Rampe 23 im Spulenkörper 19 kenntlich zu machen, ist von dem Spulenkörper 19 der obere Endflansch 191 dargestellt.
  • Zur Bestromung der Magnetspule 16, d. h. des Spulenwickels 20, ist der Spulenwickel 20 über eine Leistungselektronik an eine Spannungsquelle angeschlossen. Die Leistungselektronik weist eine an sich bekannte Halteschaltung auf, die zur Leistungsreduzierung bei Aufrechterhaltung der Bestromung nach Ablauf der Schaltzeit dient. Die Leistungselektronik mit Halteschaltung ist in einem Schutzkasten 33 untergebracht, der rucksackartig an das Schutzgehäuse 32 angesetzt ist (Figur 1). Anschlusskontakte 34, 35 für die Spannungsquelle sind aus dem Schutzkasten 33 herausgeführt.

Claims (14)

  1. Elektromagnetischer Aktor mit mindestens einem elektrischen Schaltmagneten (12), der einen magnetischen Kreis, einen im magnetischen Kreis liegenden, von einem Magnetkern (13) und einem Magnetanker (14) begrenzten Arbeitsluftspalt (15) und eine ein magnetisches Kraftfeld im Arbeitsluftspalt (15) erzeugende Magnetspule (16) aufweist, gekennzeichnet durch Mittel zum manuellen Einstellen der Spaltbreite (b) des Arbeitsluftspalts (15).
  2. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine am Magnetkern (13) zu dessen Längsverschiebung angreifende Einstellmechanik (21) aufweisen.
  3. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmechanik (21) ein manuell betätigbares Stellglied (22) aufweist und so konfiguriert ist, dass eine Drehbewegung des Stellglieds (22) die Längsverschiebung des Magnetkerns (13) bewirkt.
  4. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (16) einen hohlzylindrischen Spulenkörper (19) und einen auf den Spulenkörper (19) aufgewickelten Spulenwickel (20) aufweist, dass Magnetkern (13) und Magnetanker (14) im Spulenkörper (19) geführt sind und dass die Einstellmechanik (21) eine Schraubverbindung zwischen Stellglied (22) und Spulenkörper (19) aufweist.
  5. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmechanik (21) mindestens eine am Spulenkörper (19) umlaufende, schräge Rampe (23) und das Stellglied (22) mindestens ein auf der Rampe (23) aufliegendes Gleitstück (25) sowie eine Werkzeugaufnahme (24) für ein Drehwerkzeug aufweist.
  6. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (22) einstückig am Magnetkern (13) ausgeformt ist.
  7. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Gleitstück (25) kraftschlüssig auf der Rampe (23) aufliegt.
  8. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss von einem im Wesentlichen U-förmigen Magnetjoch (17) mit Schenkeln (171, 172) und einem die Schenkel (171, 172) verbindenden Mittelteil (173) abgeleitet ist, dass der Mittelteil (173) mit Federvorspannung auf das Stellglied (22) drückt und die Schenkel (171, 172) die Magnetspule (26) in deren Achsrichtung übergreifen und dass die Schenkelenden über ein im Bereich des Magnetankers (14) ausgespartes Flussstück (18) miteinander verbunden sind.
  9. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (173) im Bereich der Werkzeugaufnahme (24) ausgespart ist.
  10. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltmagnet (12) eine Rückstellvorrichtung (27) zum Rückführen des Magnetankers (13) bei Wegfall des magnetischen Kraftfelds im Arbeitsluftspalt (15) aufweist,
  11. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellvorrichtung (27) eine im Arbeitsluftspalt (15) angeordnete Druckfeder (28) aufweist, die sich zwischen den einander zugekehrten, den Arbeitsluftspalt (15) begrenzenden, Stirnflächen von Magnetkern (13) und Magnetanker (14) abstützt.
  12. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellvorrichtung (27) einen in den Magnetkern (13) eingesetzten ersten Permanentmagneten (29) und einen in den Magnetanker (14) eingesetzten zweiten Permanentmagneten (30) aufweist und dass die Permanentmagnete (29, 30) mit gleichsinnigen Polen einander am Arbeitsluftspalt (15) zugekehrt sind.
  13. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellvorrichtung (27) eine im Arbeitsluftspalt (15) angeordnete Druckfeder (28), die sich zwischen den einander zugekehrten, den Arbeitsluftspalt (15) begrenzenden Stirnflächen von Magnetkern (13) und Magnetanker (14) abstützt, und einen in den Magnetkern (13) oder den Magnetanker (14) eingesetzten Permanentmagneten (31) aufweist, dessen Magnetkraft größer ist als die Federkraft der Druckfeder (28).
  14. Elektromagnetischer Aktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenwickel (20) der Magnetspule (16) über eine Leistungselektronik mit Halteschaltung an einer Spannungsquelle angeschlossen ist.
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