WO2001099129A1 - Aktuator, insbesondere für ventile, relais oder dgl. - Google Patents

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WO2001099129A1
WO2001099129A1 PCT/DE2001/002222 DE0102222W WO0199129A1 WO 2001099129 A1 WO2001099129 A1 WO 2001099129A1 DE 0102222 W DE0102222 W DE 0102222W WO 0199129 A1 WO0199129 A1 WO 0199129A1
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WO
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magnet armature
armature
actuator according
magnet
actuator
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PCT/DE2001/002222
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Erwin Krimmer
Wolfgang Schulz
Matthias Brendle
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • 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
    • H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
    • H01F7/124—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by mechanical latch, e.g. detent
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    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/02—Non-polarised relays
    • H01H51/04—Non-polarised relays with single armature; with single set of ganged armatures
    • H01H51/06—Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity
    • H01H51/08—Contacts alternately opened and closed by successive cycles of energisation and de-energisation of the electromagnet, e.g. by use of a ratchet

Definitions

  • Actuator in particular for valves, relays or the like,
  • the invention is based on an actuator, in particular for valves, relays or the like. According to the preamble of claim 1.
  • Electromagnetic actuators are generally designed to be monostable, ie the magnet armature of the actuator has a stable, defined end position, the so-called rest position, without energy supply. This end position is usually set by the spring force of a return spring, while the magnet armature is transferred to its other end position, the so-called switching position, by energizing the magnet coil or the excitation winding of the electromagnet. To hold the magnet armature in the switching position, the magnet coil must be energized continuously without mechanical work being performed. The result is energy loss and heating of the actuator as well as the supply lines and the switching transistors for controlling the solenoid.
  • the actuator according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it is bistable and
  • Magnet armature always remains in one of the two end positions until it is transferred to the other end position by briefly energizing the magnet coil, in order to remain there again - without external energy supply. Energy is only required to transfer the armature to one of the two end positions, with the energy being largely converted into mechanical work.
  • the magnetic armature is held in the end position itself by the mechanical locking device, which is preferably designed as a snap action or as a locking mechanism, without energy supply, so that power loss and heating of the actuator and control system are eliminated.
  • the control output stages for energizing the solenoid therefore do not have to be designed for continuous operation, but only for the short energization pulses for transferring the magnet armature from one to the other
  • bistable electromagnetic actuator according to the invention is outstandingly suitable for electromagnetically confirmed pneumatic and hydraulic ballast valves, as well as for bistable relays, in particular if very long switching times are required in both switching positions corresponding to the end positions of the magnet armature, and / or if the switching positions are also required Failure of the Power supply to the electromagnet should be kept.
  • the stable middle position of the magnet armature also called the equilibrium position of the electromagnet, which is located centrally between the two end positions, is realized in that the magnet armature with its two armature ends passes through openings in the magnet yoke that are aligned with one another and that the length of the magnet armature and the Training of the magnetic yoke are coordinated so that in each end position of the
  • the fixing device is designed as a snap-action switch, with snap-action switches with low friction being particularly suitable to ensure reproducible switching behavior of the actuator, which is particularly important for optimizing the pulse length and pulse height of the energizing pulses is.
  • Spring contact mechanisms with low friction are, for example, so-called toggle spring contact switches with cutting edge bearings.
  • the energization of the magnet coil takes place by means of current pulses, the duration of which is so determined that with the end of a current pulse the magnet armature moved out of its end position has approximately reached its central position and the energy stored in the magnet armature is sufficient, the magnet armature via the To drive middle position to its other end position.
  • the electromagnet is thus only energized until it reaches its equilibrium position, and the equilibrium position is overcome with the help of the kinetic energy stored in the magnet armature.
  • the locking device as a spring switch mechanism, after overcoming the equilibrium position, the energy stored in the spring switch mechanism is also available to move the magnet armature into its end position.
  • FIG. 2 to 4 each show a detail of a longitudinal section of the actuator in three different displacement positions of the magnet armature, shown schematically, FIG. 5 shows a characteristic curve of the actuator in FIG. 1, FIG. 6 shows a detail of a longitudinal section of an electromagnetic actuator according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows another embodiment
  • Figure 8 shows a spring for an actuator according to the invention.
  • the electromagnetic actuator 1 for pneumatic or hydraulic ballast valves or for bistable relays shown schematically in longitudinal section in FIG. 1 has an electromagnet 10 with a magnet coil 11, with a magnet armature 12 which can be displaced between two end positions and with a magnet yoke 13 forming the iron yoke and one with the actuating plunger 14 which is firmly connected to the magnet armature 12 and a bistable, mechanical locking device 15 which acts in the end positions of the magnet armature 12 and acts on the actuating plunger 14 and the actuating plunger 14 fixed with the magnet armature 12 in each of its two end positions.
  • the magnet coil 11 is wound on a hollow cylindrical bobbin 16 similar to a yarn roll, which is delimited on the face side by two ring flanges 161.
  • the magnetic yoke 13 has a U-shape and has two yoke legs 132, 133 connected to one another by a yoke web 131 and extending parallel to one another.
  • the magnetic yoke 13 takes the coil body 16 with the wound magnetic coil 11 between the yoke legs 132, 133 so that the Coil axis is aligned with the normals of two immersion openings 17, 18 made in the two yoke legs 132, 133.
  • the magnet armature 12 is axially displaceably guided in the interior of the hollow cylindrical coil body 16 and its length is matched to the magnet yoke 13 such that in each end position of the magnet armature 12 one of the armature ends 121 or 122 is maximal and the other is minimal in the immersion openings 17, 18 is immersed.
  • the maximum immersion depth of the armature ends 121, 122 is dimensioned to be slightly greater than the thickness of the yoke legs 132, 133 measured in the axial direction of the magnet armature. In this way, the magnet armature 12 has a stable central position lying centrally between the two end positions, also called the equilibrium position of the electromagnet 10 which can be approached from the two end positions by energizing the solenoid 11.
  • the magnet armature 12 is maximal with its left armature end 121 into the immersion opening 17 in the magnet yoke 13 and minimal with its right armature end 122 immersed in the immersion opening 18 in the magnetic yoke 13.
  • This end position of the armature 12 is designated E L in the characteristic curve shown in FIG.
  • the characteristic curve in FIG. 5 shows, on the one hand, the function of the magnetic force F over the displacement path s of the magnet armature 12 and, on the other hand, the function of that applied to the magnet coil 11
  • the gradient of the magnetic flux or the permeability at the magnetic force acting on the magnetic armature 12 has a gradient
  • Immersion opening 18 minimally immersing armature end 122 is a particularly large axial component and only one radial component at armature end 121 immersed maximally in immersion opening 17.
  • a large proportion of magnetic force acts in the axial direction on the magnet armature 12, so that the magnet armature 12 is driven in the direction of its central position, which is shown in FIG. 3 and in which the two armature ends 121, 122 are immersed at the same depth into the immersion openings 17, 18 ,
  • the magnet armature 12 has reached the central position designated M in FIG.
  • the magnetic force F acting on the magnet armature can be seen in FIG. 5 from the characteristic curve.
  • the energy stored in the magnet armature 12 is sufficient to drive it into its right end position E R , in which it in turn is fixed by the locking device 15 becomes.
  • the magnet armature 12 assumes the position outlined in FIG. 4, in which its right armature end 122 is immersed maximally in the immersion opening 18 and its left armature end 121 minimally immersed in the immersion opening 17.
  • the magnet armature 12 has a total stroke h (in FIGS. 1 and 5).
  • the locking device 15 for fixing the two end positions of the magnet armature 12 is designed in FIG. 1 as a slotted disc spring 19, which represents an exemplary embodiment of a general bistable snap-action switching mechanism 26.
  • the plate spring 19 is spatially firmly clamped with its outer edge and engages with its inner edge axially immovably in an annular groove 20 formed on the confirmation plunger 14. If the magnet armature 12 is transferred from its left end position E L shown in FIG. 1 (cf. also FIG. 2) to its central position M outlined in FIG. 3, the plate spring 19 is pressed to the right in FIG. 1 and takes on a largely extended position so-called dead center position, a. If the magnet armature 12 over his
  • the plate spring 19 snaps to the right beyond its dead center position, as indicated by the dashed lines in FIG. 1, doing drive work on the magnet armature 12 and the movement of the magnet armature into its end position shown in FIG. 4 supported into it.
  • the characteristic curve of the plate spring 19 over the displacement path s of the magnet armature 12 is shown in broken lines in FIG.
  • the electromagnet 10 must apply additional force to press the plate spring 19 into its extended position. The here from that
  • Electromagnet 10 work done (in Figure 5 as hatched area A) is stored in the plate spring 19 and, after exceeding the central position M, is emitted as drive energy to the magnet armature 12, so that it is driven into its right end position E R.
  • the drive work performed by the plate spring 19 is illustrated in FIG. 5 by the hatched area B between the central position M and the right end position E R.
  • the hatched area C lying over the area A in FIG. 5 is the acceleration work performed by the electromagnet 10 for the magnet armature 12.
  • Magnet armature 12 formed in its two stable end positions as a locking mechanism 21.
  • a locking mechanism 21 consists of a spring-loaded locking element 22, which, in the respective end position of the magnet armature 12, engages in a locking recess or locking groove 23 in the actuating plunger 14.
  • the two locking grooves 23 are arranged in the actuating plunger 14 at an axial distance from one another which corresponds to the stroke h of the magnet armature 12.
  • the locking member 22, which is designed here as a locking ball, is guided in a spatially fixed sleeve 24, which is oriented at right angles to the actuating plunger 14 and which receives a locking spring 25.
  • the catch spring 25 is supported on the one hand on the catch ball or the catch member 22 and on the other hand on the sleeve base and presses the catch member 22 into the respective catch groove 23.
  • the two locking grooves 23 have lifting bevels 231, so that at Displacement of the actuating plunger 14, the locking member 22 can be lifted out of the locking groove 23.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of the actuator 1 with a central axis 3.
  • the magnet armature 12 is guided through the coil body 16 and / or through the locking device 15.
  • the magnet armature 12 can also only by one
  • the guide element 50 and the locking device 15 are guided.
  • the guide element 50 can also be designed as a further locking device 15 in the form of a leaf spring 19.
  • the leaf spring 19 has, for example, at least one spring element 52 in the longitudinal direction to the central axis 3, in order to enable better swinging through the dead center and to avoid the transverse forces of the leaf spring 19 that occur.
  • the actuating plunger 14 has a valve plate 55 which opens or closes an opening 57 in a housing 59. In one end position of the valve plate 55, the opening 57 is open and in the other end position it is closed.
  • the actuator 1, the housing 59, the valve plate 55 and the opening 57 are e.g. et al Part of a valve for one
  • the actuator 1 is connected to an external electrical power supply by an electrical connection 63.
  • the housing 59 has on its inner wall 60 a first 67 and a second 69 stop, against which the at least one leaf spring 19 strikes in its end positions.
  • FIG. 8 shows a form of a leaf spring 19, which is formed from two S sections joined together in mirror image, the cross section of the spring material being, for example, rectangular or round.
  • the plunger 14 moves here, for example, perpendicular to the plane of the drawing.
  • the ends of the leaf spring 19 are fixed to the housing 59.
  • the leaf spring 19 is under a prestress. This occurs, for example, in that the leaf spring 19 is compressed between the two anchoring points in the housing 59 in the plane of the drawing.

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Abstract

Es wird ein Aktuator, insbesondere für Ventile, Relais oder dgl., angegeben, der einen Elektromagneten (10) mit einer Magnetspule (11), einem zwischen zwei Endlagen verschiebbaren Magnetanker (12) und einem Magnetjoch (13) sowie einen vom Magnetanker (12) angetriebenen Betätigungsstössel (14) aufweist. Zur Schaffung eines bistabilen Aktuators mit geringem Energiebedarf und geringer Erwärmung stromführender Komponenten, insbesondere bei Forderung nach sehr langen Schaltzeiten in beiden Schaltstellungen, ist einerseits der Elektromagnet (10) so ausgebildet, dass sein Magnetanker (12) eine mittig zwischen seinen die beiden Schaltstellungen des Aktuators realisierenden beiden Endlagen liegende, stabile Mittellage besitzt, die aus den beiden Endlagen heraus durch Bestromung der Magnetspule (11) anfahrbar ist, und andererseits eine bistabile mechanische Arretiervorrichtung (15) vorgesehen, die auf den Magnetanker (12) oder den Betätigungsstössel (14) wirkt und in den Endlagen des Magnetankers (12) wirksam ist.

Description

Aktuator, insbesondere für Ventile, Relais oder dgl,
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Aktuator, insbesondere für Ventile, Relais oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektromagnetische Aktuatoren werden im allgemeinen monostabil ausgeführt, d.h. der Magnetanker des Aktuators hat - ohne Energiezufuhr - eine stabile, definierte Endlage, die sog. Ruhelage. Diese Endlage wird meist durch Federkraft einer Rückstellfeder eingestellt, während durch Bestromung der Magnetspule oder der Erregerwicklung des Elektromagneten der Magnetanker in seine andere Endlage, die sog. Schaltlage, überführt wird. Zum Halten des Magnetankers in der Schaltlage muß die Magnetspule ständig bestromt werden, ohne daß dabei mechanische Arbeit geleistet wird. Die Folge ist Energieverlust und Erwärmung des Aktuators sowie der Zuleitungen und der Schalttransistoren für die Ansteuerung der Magnetspule. Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß er bistabil ist und der
Magnetanker immer in einer der beiden Endlagen verharrt, bis er durch kurzzeitige Bestromung der Magnetspule in die andere Endlage überführt wird, um dort wiederum - ohne Energiezufuhr von außen - zu verbleiben. Energie ist ausschließlich zur Überführung des Magnetankers in eine der beiden Endlagen erforderlich, wobei die Energie weitgehend in mechanische Arbeit umgesetzt wird. Das Halten des Magnetankers in der Endlage selbst erfolgt durch die mechanische Arretiervorrichtung, die vorzugsweise als Sprungschaltwerk oder als Rastgesperre ausgeführt wird, ohne Energiezufuhr, so daß Verlustleistung und Erwärmung von Aktuator und Steuerung eliminiert sind. Die Steuerungsendstufen zur Bestromung der Magnetspule müssen damit nicht auf Dauerbetrieb ausgelegt werden, sondern nur auf die kurzen Bestromungsimpulse zum Überführen des Magnetankers aus der einen in die andere
Endlage. Dadurch reduzieren sich der Bauraum und die Kosten für die Komponenten im elektrischen Kreis.
Der erfindungsgemäße bistabile elektromagnetische Aktuator eignet sich hervorragend für elektromagnetisch bestätigte Pneumatik- und Hydraulik-Vorschaltventile, sowie für bistabile Relais, insbesondere dann, wenn sehr lange Schaltzeiten in beiden, den Endlagen des Magnetankers entsprechenden Schaltstellungen gefordert werden, und/oder wenn die Schaltstellungen auch bei Ausfall der Spannungsversorgung des Elektromagneten gehalten werden sollen.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Aktuators möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die mittig zwischen den beiden Endlagen liegende stabile Mittellage des Magnetankers, auch Gleichgewichtslage des Elektromagneten genannt, dadurch realisiert, daß der Magnetanker mit seinen beiden Ankerenden durch miteinander fluchtende Öffnungen im Magnetjoch hindurchtritt und daß die Länge des Magnetankers und die Ausbildung des Magnetjochs so aufeinander abgestimmt sind, daß in jeder Endlage des
Magnetankers eines der Ankerenden maximal und das andere minimal in das Magnetjoch eintaucht. Der für die Magnetkraft maßgeblich Gradient des Magnetflusses bzw. der Permeabilität besitzt an dem minimal eintauchenden Ankerende eine besonders große axiale Komponente, an dem maximal eingetauchten
Ankerende nur eine radiale Komponente, so daß der Magnetanker mit seinem eintauchenden Ende in das Magnetj och hineingezogen und in dieser Endlage von der mechanischen Arretiervorrichtung fixiert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Fixiervorrichtung als Sprungschaltwerk ausgeführt, wobei insbesondere Sprungschaltwerke mit geringer Reibung geeignet sind, um ein reproduzierbares Schaltverhalten des Aktuators zu gewährleisten, was insbesondere für die Optimierung der Impulslänge und Impulshöhe der Bestromungsimpulse wichtig ist. Sprungschaltwerke mit geringer Reibung sind beispielsweise sog. Kipp-Sprungschaltwerke mit Schneidenlagern .
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bestromung der Magnetspule mittels Stromimpulse, deren Dauer so festgelegt ist, daß mit Ende eines Stromimpulses der aus seiner Endlage herausbewegte Magnetanker in etwa seine Mittellage erreicht hat und die im Magnetanker gespeicherte Energie ausreichend ist, den Magnetanker über die Mittellage hinweg in seine andere Endlage zu treiben. Damit wird der Elektromagnet immer nur bis zum Erreichen seiner Gleichgewichtslage bestromt, und die Gleichgewichtslage wird mit Hilfe der im Magnetanker gespeicherten kinetischen Energie überwunden. Im 'Falle der
Ausbildung der Arretiervorrichtung als Sprungschaltwerk steht nach Überwindern der Gleichgewichtslage auch die im Sprungschaltwerk gespeicherte Energie zur Verfügung, um den Magnetanker in seine Endlage zu bewegen.
Wenn ein Führungselement oder eine zweite Arretiervorrichtung vorhanden ist, kann auf vorteilhafte Weise auf eine Führung des Magnetankers durch den Spulenkörper verzichtet werden, wodurch sich der Abstand zwischen Magnetanker und Spule reduziert. Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt eines elektromagnetischen
Aktuators, schematisch dargestellt,
Figur 2 bis 4 jeweils ausschnittweise einen Längsschnitt des Aktuators in drei unterschiedlichen Verschiebestellungen des Magnetankers, schematisch dargestellt, Figur 5 eine Kennlinie des Aktuators in Figur 1, Figur 6 ausschnittweise einen Längsschnitt eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel, und
Figur 8 eine Feder für einen erfindungsgemässen Aktuator.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in Figur 1 schematisiert im Längsschnitt dargestellte elektromagnetische Aktuator 1 für Pneumatik- oder Hydraulik- Vorschaltventile oder für bistabile Relais weist einen Elektromagneten 10 mit einer Magnetspule 11, mit einem zwischen zwei Endlagen verschiebbaren Magnetanker 12 und mit einem den Eisenrückschluß bildenden Magnetjoch 13 sowie einen mit dem Magnetanker 12 fest verbundenen Betätigungsstößel 14 und eine in den Endlagen des Magnetankers 12 wirksame, bistabile, mechanische Arretiervorrichtung 15 auf, die auf den Betätigungsstößel 14 wirkt und den Betätigungsstößel 14 mit dem Magnetanker 12 in jeder seiner beiden Endlagen fixiert.
Die Magnetspule 11 ist auf einem garnrollenähnlichen, hohlzylindischen Spulenkörper 16, der stirnseitig durch zwei Ringflansche 161 begrenzt ist, aufgewickelt. Das Magnetjoch 13 weist U-Form auf und hat zwei durch einen Jochsteg 131 miteinander verbundene, sich parallel zueinander erstreckende Jochschenkel 132, 133. Das Magnetj och 13 nimmt den Spulenkörper 16 mit aufgewickelter Magnetspule 11 zwischen den Jochschenkeln 132, 133 so auf, daß die Spulenachse mit den Normalen von zwei in den beiden Jochschenkeln 132, 133 eingebrachten Eintauchöffnungen 17, 18 fluchtet. Der Magnetanker 12 ist im Innern des hohlzylindischen Spulenköpers 16 axial verschieblich geführt und in seiner Länge so auf das Magnetj och 13 abgestimmt, daß in jeder Endlage des Magnetankers 12 eines der Ankerenden 121 bzw. 122 maximal und das andere minimal in die Eintauchöffnungen 17, 18 eingetaucht ist. Die maximale Eintauchtiefe der Ankerenden 121, 122 ist dabei wenig größer bemessen als die in Achsrichtung des Magnetankers gemessene Dicke der Jochschenkel 132, 133. Auf diese Weise besitzt der Magnetanker 12 eine mittig zwischen den beiden Endlagen liegende stabile Mittellage, auch Gleichgewichtslage des Elektromagneten 10 genannt, die aus den beiden Endlagen heraus durch Bestromung der Magnetspule 11 anfahrbar ist.
In der Darstellung der Figur 2 ist der Magnetanker 12 mit seinem linken Ankerende 121 maximal in die Eintauchöffnung 17 im Magnetj och 13 und mit seinem rechten Ankerende 122 minimal in die Eintauchöffnung 18 im Magnetjoch 13 eingetaucht. Diese Endlage des Magnetankers 12 ist in der in Figur 5 dargestellten Kennlinie mit EL bezeichnet. Die Kennlinie in Figur 5 zeigt einerseits die Funktion der Magnetkraft F über den Verschiebeweg s des Magnetankers 12 und andererseits die Funktion des an die Magnetspule 11 angelegten
Spannungsimpulses über den Verschiebeweg des Magnetankers 12. In der vorstehend genannten stabilen linken Endlage EL des Magnetankers 11 wird dieser durch die Arretiervorrichtung 15 ohne Energiezufuhr an die Magnetspule 11 fixiert.
Wird nunmehr an die Magnetspule 11 ein Spannungsimpuls mit beliebiger Polarität gelegt, so besitzt der für die auf den Magnetanker 12 wirkende Magnetkraft maßgebliche Gradient des Magnetflusses bzw. der Permeabilität an dem in die
Eintauchöffnung 18 minimal eintauchenden Ankerende 122 eine besonders große axiale Komponente und an dem in die Eintauchöffnung 17 maximal eingetauchten Ankerende 121 nur eine radiale Komponente. Damit wirkt auf den Magnetanker 12 ein großer Magnetkraftanteil in axialer Richtung, so daß der Magnetanker 12 in Richtung seiner Mittellage angetrieben wird, die in Figur 3 dargestellt ist und in welcher die beiden Ankerenden 121, 122 gleich tief in die Eintauchöffnungen 17, 18 eingetaucht sind. Der Magnetanker 12 hat die in Figur 5 mit M bezeichnete Mittellage erreicht. Die auf den Magnetanker wirkende Magnetkraft F ist in Figur 5 aus der Kennlinie zu entnehmen. Bei Erreichen der Mittellage M des Magnetankers 12 fällt die Bestromung der Magnetspule 11 weg. Die im Magnetanker 12 gespeicherte Energie ist ausreichend, diesen in seine rechte Endlage ER zu treiben, in welcher er wiederum durch die Arretiervorrichtung 15 fixiert wird. Der Magnetanker 12 nimmt die in Figur 4 skizzierte Position ein, in welcher sein rechtes Ankerende 122 maximal in die Eintauchöffnung 18 und sein linkes Ankerende 121 minimal in die Eintauchöffnung 17 eingetaucht ist. Der Magnetanker 12 hat insgesamt den Hub h (in Figur 1 und 5) ausgeführt.
Die Arretiervorrichtung 15 zur Fixierung der beiden Endlagen des Magnetankers 12 ist in Figur 1 als geschlitzte Tellerfeder 19 ausgebildet, die ein Ausführungsbeispiel für ein allgemeines bistabiles Sprungschaltwerk 26 darstellt. Die Tellerfeder 19 ist mit ihrem Außenrand räumlich fest eingespannt und greift mit ihrem Innenrand in eine am Bestätigungsstößel 14 ausgebildete Ringnut 20 axial unverschieblich ein. Wird der Magnetanker 12 aus seiner in Figur 1 dargestellten linken Endlage EL (vgl. auch Figur 2) in seine in Figur 3 skizzierte Mittellage M überführt, so wird die Tellerfeder 19 in Figur 1 nach rechts gedrückt und nimmt eine weitgehend gestreckte Lage, ihre sog. Totpunktlage, ein. Wird der Magnetanker 12 über seine
Mittellage M hinaus weiter bewegt (Fig. 4) so schnappt die Tellerfeder 19, wie in Figur 1 strichliniert angedeutet ist, über ihre Totpunktläge hinweg nach rechts, wobei sie am Magnetanker 12 Antriebsarbeit leistet und die Bewegung des Magnetankers in seine in Figur 4 dargestellte Endlage hinein unterstützt. Die Kennlinie der Tellerfeder 19 über den Verschiebeweg s des Magnetankers 12 ist in Figur 5 strichpunktiert dargestellt. Zunächst muß der Elektromagnet 10 zusätzliche Kraft aufbringen, um die Tellerfeder 19 in ihre Strecklage zu drücken. Die hierbei von dem
Elektromagneten 10 geleistete Arbeit (in Figur 5 als schraffierte Fläche A gekennzeichnet) wird in der Tellerfeder 19 gespeichert und nach Überschreiten der Mittellage M als Antriebsenergie an den Magnetanker 12 abgegeben, so daß dieser in seine rechte Endlage ER getrieben wird. Die von der Tellerfeder 19 geleistete Antriebsarbeit ist in Figur 5 durch die schraffierte Fläche B zwischen der Mittellage M und der rechten Endlage ER verdeutlicht. Die in Figur 5 über der Fläche A liegende schraffierte Fläche C ist die vom Elektromagneten 10 geleistete Beschleunigungsarbeit für den Magnetanker 12.
In dem in Figur 6 ausschnittweise dargestellten, modifizierten elektromagnetischen Aktuator ist die Arretiervorrichtung 15 zur stromlosen Fixierung des
Magnetankers 12 in seinen beiden stabilen Endlagen als Rastgesperre 21 ausgebildet. In einfachster Weise besteht ein solches Rastgesperre 21 aus einem federbelasteten Rastglied 22, das in der jeweiligen Endlage des Magnetankers 12 in eine Rastmulde oder Rastnut 23 im Betätigungsstößel 14 einfällt.
Die beiden Rastnuten 23 sind im Betätigungsstößel 14 in einem axialen Abstand voneinander angeordnet, der dem Hub h des Magnetankers 12 entspricht. Das hier als Rastkugel ausgebildete Rastglied 22 ist in einer rechtwinklig zum Betätigungsstößel 14 ausgerichteten, räumlich festgelegten Hülse 24 geführt, die eine Rastfeder 25 aufnimmt. Die Rastfeder 25 stützt sich einerseits an der Rastkugel bzw. dem Rastglied 22 und andererseits am Hülsengrund ab und drückt das Rastglied 22 in die jeweilige Rastnut 23 ein. Die beiden Rastnuten 23 besitzen Aushebeschrägen 231, so daß bei Verschiebung des Betätigungsstößels 14 das Rastglied 22 aus der Rastnut 23 ausgehoben werden kann.
Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Aktuators 1 mit einer Mittelachse 3.
Bei Ausführungsbeispielen nach den vorherigen Figuren wird der Magnetanker 12 durch den Spulenkörper 16 und/oder durch die Arretiervorrichtung 15 geführt. Der Magnetanker 12 kann aber auch nur durch ein
Führungselement 50 und die Arretiervorrichtung 15 geführt werden. Das Führungselement 50 kann aber auch als eine weitere Arretiervorrichtung 15 in Form einer Blattfeder 19 ausgeführt sein. Die Blattfeder 19 hat bspw. in Längsrichtung zur Mittelachse 3 zumindest ein Federelement 52, um ein besseres Durchschwingen über den Totpunkt zu ermöglichen, und um die auftretenden Querkräfte der Blattfeder 19 zu vermeiden.
Der Betätigungsstössel 14 hat eine Ventilplatte 55, die eine Öffnung 57 eines Gehäuses 59 öffnet oder schliesst. In einer Endstellung der Ventilplatte 55 ist die Öffnung 57 offen und in der anderen Endstellung ist sie geschlossen. Der Aktuator 1, das Gehäuse 59, die Ventilplatte 55 und die Öffnung 57 sind z.B. u.a. Teil eines Ventils für ein
Tankentlüftungssystem. Dabei wird der Aktuator 1 durch einen elektrischen Anschluss 63 mit einer äusseren elektrischen Energieversorgung verbunden. Das Gehäuse 59 hat an seiner Innenwand 60 einen ersten 67 und einen zweiten 69 Anschlag, an denen die zumindest eine Blattfeder 19 in ihren Endstellungen anschlägt.
In Figur 8 ist eine Form einer Blattfeder 19 dargestellt, die aus zwei spiegelbildlich aneinandergefügten S-Abschnitten gebildet ist, wobei der Querschnitt des Federmaterials bspw. rechteckig oder rund ist. Der Stössel 14 bewegt sich hier bspw. senkrecht zur Zeichnungsebene .
Die Enden der Blattfeder 19 sind mit dem Gehäuse 59 fest verbunden. Dabei steht die Blattfeder 19 unter einer Vorspannung. Dies geschieht bspw. dadurch, dass die Blattfeder 19 zwischen den zwei Verankerungspunkten im Gehäuse 59 in der Zeichnungsebene zusammengedrückt ist.

Claims

Ansprüche
1. Aktuator, insbesondere für Ventile, Relais oder dgl. mit einem Elektromagneten (10) , der eine Magnetspule (11) , einen zwischen zwei Endlagen verschiebbaren Magnetanker
(12) und ein Magnetj och (13) aufweist, und mit einem vom Magnetanker (12) angetriebenen Betätigungsstößel (14) , dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (10) so ausgebildet ist, daß sein Magnetanker (12) eine mittig zwischen den beiden Endlagen liegende, stabile Mittellage besitzt, die aus den beiden Endlagen heraus durch Bestromung der Magnetspule (11) anfahrbar ist, und daß auf den Magnetanker (12) oder auf den Betätigungsstößel (14) zumindest eine in den Endlagen wirksame, bistabile, mechanische Arretiervorrichtung (15) wirkt.
2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (12) mit seinen beiden Ankerenden (121, 122) durch miteinander fluchtende Eintauchöffnungen (17, 18) im Magnetj och (13) hindurchtritt und daß die Länge des Magnetankers (12) und die Ausbildung des Magnetj ochs
(13) so aufeinander abgestimmt sind, daß in jeder Endlage des Magnetankers (12) eines der Ankerenden maximal und das andere minimal in die zugeordnete Eintauchöffnung (17, 18) im Magnetj och (13) eingetaucht ist .
3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetj och (13) Ü-Form mit zwei durch einen Jochsteg
(131) verbundenen Jochschenkeln (132, 133) aufweist und daß die beiden Eintauchöffnungen (17, 18) für die Ankerenden (121, 122) des Magnetankers (12) in den einander gegenüberliegenden Jochschenkeln (132, 133) angeordnet sind.
4. Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (11) auf einem hohlzylindrischen
Spulenkörper (16) aufgewickelt ist, der zwischen den Jochschenkeln (132, 133) des Magnetjochs (13) so aufgenommen ist, daß die Spulenachse mit den Normalen der Eintauchöffnungen (17, 18) fluchtet, und daß der Magnetanker (12) in dem Spulenkörper (16) axial verschieblich geführt ist.
5. Aktuator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Eintauchtiefe der Ankerenden (121, 122) wenig größer ist als die in Achsrichtung des
Magnetankers (12) sich erstreckende Breite der Jochschenkel (132, 133) .
6. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bestromung der Magnetspule (11) mittels Stromimpulse erfolgt, deren Dauer so festgelegt ist, daß mit Ende eines Stromimpulses der aus seiner Endlage herausbewegte Magnetanker (12) in etwa seine Mittellage erreicht hat und die im Magnetanker (12) gespeicherte Energie ausreichend ist, den Magnetanker (12) über die Mittellage hinweg in seine andere Endlage zu treiben.
7. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung (15) als Rastgesperre (21) ausgebildet ist.
8. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung (15) als Sprungschaltwerk (26) ausgebildet ist, das nach Überwinden einer Totpunktlage eine Antriebskraft auf
Magnetanker (12) oder Betätigungsstößel (14) aufbringt.
9. Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungschaltwerk (26) als geschlitzte Tellerfeder (19) ausgebildet ist.
10. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
zwei Arretiervorrichtungen (15) vorhanden sind.
11. Aktuator nach Anspruch 1 oder dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Führungselement (50) vorhanden ist, so dass der Magnetanker (12) durch das zumindest eine Führungselement (50) und die Arretiervorrichtung (15) geführt ist.
12. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Aktuator (1) zwei Arretiervorrichtungen (15) hat, und dass der Magnetanker (12) durch die Arretiervorrichtungen (15) geführt ist.
13. Aktuator nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
der Betätigungsstössel (14) eine Ventilplatte (55) hat, die eine Öffnung (57) eines Gehäuses (59) öffnet oder schliesst .
14. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktuator (1) Teil eines Tankentlüftungsystems ist
15. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 7, oder 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Arretierungsvorrichtung (15) eine Blattfeder (19) ist.
16. Aktuator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattfeder (19) zumindest ein Federelement (52) hat,
17. Aktuator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattfeder (19) durch zwei spiegelbildlich aneinandergefügten S-Abschnitten gebildet ist.
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