Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ELECTROMAGNET AND SWITCH-OPERATING ELEMENT COMPRISING SUCH AN ELECTROMAGNET
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/091954
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromagnet (6) with a coil (8), comprising an armature (9) that is mounted with bearing play (15) and can be axially moved in the coil (8), and an elastic element (10) for restoring the armature (9), which acts on the armature (9) in the axial direction (12). When electrical voltage is applied to the coil (8), the armature (9) can be moved in and/or against the direction of the force of the elastic element (10). The elastic element (10) is embodied such that the elastic element (10) exerts another force on the armature (9) in the radial direction (13) such that the bearing play (15) is reduced, particularly eliminated by the radial force.

Inventors:
NEUGART, Elmar (Brigachstr. 5, Villingen-Schwenningen, 78048, DE)
Application Number:
EP2018/080273
Publication Date:
May 16, 2019
Filing Date:
November 06, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
MARQUARDT GMBH (Schlossstrasse 16, Rietheim-Weilheim, 78604, DE)
International Classes:
H01F7/16; G06F3/01; H02K33/02
Domestic Patent References:
WO2016184728A12016-11-24
Foreign References:
DE102014018634A12016-06-16
KR20110051422A2011-05-18
DE102015009313A12017-01-19
DE102011103169A12012-12-06
DE102011018639A12011-10-27
DE9014763U11991-01-10
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
OTTEN, ROTH, DOBLER & PARTNER MBB (Grosstobeler Strasse 39, Berg/Ravensburg, 88276, DE)
Download PDF:
Claims:
P a t e nt an s p r ü ch e :

1. Elektromagnet mit einer Spule (8), mit einem in der Spule (8) axial bewegbaren, mit einem Führungs- und/oder Lagerspiel (15) gelagerten Anker (9), und mit einem mit dem Anker (9) in axialer Richtung (12) zusammenwirkenden elastischen Element (10), das eine in axialer Richtung (12) wirkende Kraft, insbesondere zur Rückstellung des Ankers (9), ausübt, wobei der Anker (9) bei Beaufschlagung der Spule (8) mit elektrischer Spannung in und/oder gegen die Richtung (12) der Kraft des elastischen Elements (10) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (10) derart ausgestaltet ist, dass das elastische Element (10) eine weitere Kraft in radialer Richtung (13) auf den Anker (9) zur Verkippung des Ankers (9) gegenüber der axialen Richtung (12) ausübt, wobei das Führungs- und/oder Lagerspiel (15) durch die radiale Kraft reduziert ist, insbesondere eliminiert ist

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spule (8) eine Führungshülse (14) vorgesehen ist, wobei der Anker (9) in der Führungshülse (14) mit dem Führungs- und/oder Lagerspiel (15) axial bewegbar gelagert ist.

3. Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) bei Beaufschlagung der Spule (8) mit elektrischer Spannung eine Druckkraft in die Richtung (12) der Kraft des elastischen Elements (10) ausübt.

4. Elektromagnet nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) bei Beaufschlagung der Spule (8) mit elektrischer Spannung eine Zugkraft gegen die Richtung (12) der Kraft des elastischen Elements (10) ausübt.

5. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (10) aus einer Feder, insbesondere aus einer Druckfeder, besteht

6. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem elastischen Element (10) um eine Schraubenfeder, die eine Anfängswicklung (17) sowie eine Endwicklung (18) umfässt, handelt, und dass vorzugsweise die Anfangswicklung (17) gegenüber der Endwicklung (18) exzentrisch versetzt angeordnet ist, derart dass aufgrund des exzentrischen Versatzes die radiale Kraft ausgeübt wird.

7. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Anker (9) ein Halteelement (19) für die Anfangs- und/oder für die Endwicklung (17, 18) der Schraubenfeder (10) angeordnet ist, und dass vorzugsweise das Halteelement (19) eine exzentrisch zur Längsachse des Ankers (9) versetzt angeordnete Aufnahme (20) für die Anfangs- und/oder für die Endwicklung (17, 18) aufweist.

8. Schaltbedienelement, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer zur manuellen Einwirkung vorgesehenen Betätigungsflache (3), mit einem mit der Betätigungsfläche (3) derart zusammenwirkenden Sensor (4), dass der Sensor (4) bei Einwirkung auf die

Betätigungsfläche (3) ein Signal (5) erzeugt, wobei insbesondere das Signal (5) zum Schalten und/oder Auslösen einer Funktion in der Art eines Schaltsignals dient, und mit einem mit der Betätigungsfläche (3) zusammenwirkenden Aktor (6), derart dass die Betätigungsfläche (3) zur Erzeugung einer Hapük mittels des Aktors (6) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (6) aus einem Elektromagneten nach einem der vorhergehenden Ansprüche besteht.

9. Schaltbedienelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am

Halteelement (19) ein Ansatz (7) zur Zusammenwirkung mit der Betätigungsfläche (3) vorgesehen ist, und dass vorzugsweise der Ansatz (7) mittels des elastischen Elements (10) kraftschlüssig an der Betätigungsfläche (3) anliegt.

Description:
Elektromagnet und Schaltbedienelement mit einem solchen Elektromagneten

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Elektromagnet kann in einer Bedienanordnung, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, Verwendung finden.

Ein derartiger Elektromagnet umfasst eine Spule und einen in der Spule axial, zwischen einer Ausgangsstellung und einer Bewegungsstellung bewegbaren Anker. Ein elastisches Element, das eine in axialer Richtung wirkende Kraft ausübt, wirkt mit dem Anker in axialer Richtung zusammen. Das elastische Element kann, insbesondere zur Rückstellung des Ankers in die Ausgangsstellung vorgesehen sein. Bei Beaufschlagung der Spule mit elektrischer Spannung ist der Anker in und/oder gegen die Richtung der Kraft des elastischen Elements in die Bewegungsstellung bewegbar. Mit anderen Worten ist der Anker in Kraftrichtung des elastischen Elements bei einem "drückenden" Elektromagneten sowie gegen die Kraftrichtung des elastischen Elements bei einem "ziehenden" Elektromagneten bewegbar. Um ein Verklemmen des Ankers innerhalb eines gewissen Temperaturbereichs und damit eine Behinderung der Bewegung des Ankers zu vermeiden, ist der Anker mit einem Führungs- und/oder Lagerspie] in einer Führung der Spule gelagert. Es hat sich dabei herausgestellt, dass das Führungs- und/oder Lagerspiel zu einer Geräuscherzeugung bei Bewegung des Ankers führt, was in manchen Fällen als störend empfunden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Elektromagneten derart weiterzuentwickeln, dass die Gerauscherzeugung bei Bewegung des Ankers zumindest verringert ist. Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Elektromagneten durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Elektromagneten ist das elastische Element derart ausgestaltet, dass das elastische Element eine weitere Kraft in radialer Richtung auf den Anker ausübt. Aufgrund dieser radialen Kraft ist das Führungs- und/oder Lagerspiel auf das je nach vorliegender Temperatur erforderliche Maß reduziert. Mit anderen Worten wird der Anker durch die radial angreifende Kraft gegenüber der axialen Richtung verkippt, wobei die durch diese Verkippung bewirkte Vorspannung des Ankers dessen Führungs- und/oder Lagerspiel weitgehend eliminiert. Insbesondere ist das Führungs- und/oder Lagerspiel dabei soweit reduziert, dass ein Anschlagen des Ankers in der Führung der Spule bei Bewegung des Ankers weitgehend vermieden wird, so dass das ansonsten auftretende Anschlaggeräusch zumindest verringert ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zweckmäßigerweise kann in. der Spule eine Führungshülse als Führung für den Anker vorgesehen sein. Der Anker ist dann in der Führungshülse mit dem Führungs- und/oder Lagerspiel axial bewegbar gelagert. Des Weiteren kann der Elektromagnet derart ausgestaltet sein, dass der Anker bei Beaufschlagung der Spule mit elektrischer Spannung eine Druckkraft in die Richtung der Kraft des elastischen Elements ausübt. Es kann der Elektromagnet auch derart ausgestaltet sein, dass der Anker bei Beaufschlagung der Spule mit elektrischer Spannung eine Zugkraft gegen die Richtung der Kraft des elastischen Elements ausübt

In einer besonders kompakten Ausgestaltung kann das elastische Element aus einer Feder, und zwar insbesondere aus einer Druckfeder, bestehen. Zweckmfißigerweise kann es sich bei dem elastischen Element um eine Schraubenfeder, die eine Anfangs- sowie eine

Endwicklung umfasst, handeln. In einlacher Art und Weise kann die Anfangswicklung gegenüber der Endwicklung exzentrisch versetzt angeordnet sein, derart dass aufgrund des exzentrischen Versatzes die radiale Kraft ausgeübt wird. In einer einfachen sowie funktionssicheren Ausgestaltung kann am Anker ein Halteelement für die Anfangs- und/oder für die Endwicklung der Schraubenfeder angeordnet sein. Das Halteelement kann eine exzentrisch zur Längsachse des Ankers versetzt angeordnete Aufnahme für die Anfangs- und/oder für die Endwicklung aufweisen. Das Halteelement dient in diesem Fall als eine zur Magnetachse exzentrische Federaufhahme im Druckstück des Magneten, wobei die Federaufhahme den exzentrischen Versatz von der

Anfangswicklung zur Endwicklung erzeugt.

Ein solcher Elektromagnet lässt sich in vorteilhafter Weise in einem Schaltbedienelement, das insbesondere für ein Kraftfahrzeug verwendbar ist, einsetzen. Ein solches

Schaltbedienelement besitzt eine zur manuellen Einwirkung durch einen Benutzer vorgesehene Betätigungsflache. Ein Sensor wirkt mit der Betätigungsflache derart zusammen, dass der Sensor bei Einwirkung auf die Betätigungsfläche ein Signal erzeugt. Insbesondere dient dieses Signal zum Schalten und/oder Auslösen einer Funktion in der Art eines Schaltsignals. Weiterhin wirkt ein Aktor mit der Betätigungsfläche zusammen, derart dass die Betätigungsfläche zur Erzeugung einer für den Benutzer bei der Bedienung manuell fühlbaren Haptik mittels des Aktors bewegbar ist. Der Aktor besteht dabei aus einem erfindungsgemäß ausgestalteten Elektromagneten. In vorteilhafter Weise ist bei einem solchen Schaltbedienelement die ungewollte Geräuschen twicklung bei dessen manueller Bedienung durch den Benutzer zumindest reduziert beziehungsweise weitgehend eliminiert.

In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung des Schaltbedienelements kann am Halteelement ein Ansatz zur Zusammenwirkung mit der Betätigungsfläche vorgesehen sein. Der Ansatz kann in kompakter Art und Weise mittels des elastischen Elements kraftschlüssig an der Betätigungsfläche anliegen.

Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Elektromagneten ist nachfolgendes festzustellen.

Um in einem Bedienelement eine aktive haptische Rückmeldung zu erzeugen, kommt ein Hubmagnet zum Einsatz. Zwischen Anker und Führungshülse im Spulenkörper der Spule muss ein ausreichendes Lagerspiel vorhanden sein, damit über den vorgesehenen Temperaturbereich, der beispielsweise in einem Kraftfahrzeug von -40°C bis zu +110°C reicht, kein Klemmen des Ankers auftritt. Dieses Lagerspiel führt bei Aktivierung des Magneten zu einer störenden Geräuschbildung, da der Anker zuerst eine radiale und dann eine axiale Bewegung ausführt. Die Beschleunigung und/oder Verzögerung des Ankers in radialer Richtung, bei der das Lagerspiel zwischen Anker und Führungshülse des

Spulenkörpers überbrückt wird, wodurch der Anker gegen die Führungshülse prallt, erzeugt ein Geräusch. Diese Geräuschbildung soll weitgehend vermieden werden.

Eine vorhandene Druckfeder, welche im Regelfall dazu dient den Anker in Achsrichtung in einer definierten Position zu halten, wenn der Magnet nicht aktiv ist, übt durch Versetzen der Anfangswicklung zur Endwicklung auch eine radiale Kraft aus. Der exzentrische Versatz von Anfangswicklung zur Endwicklung kann beispielsweise durch eine zur Magnetachse exzentrische Federaufhahme im Druckstück des Magneten erzeugt werden. Der Anker wird durch diese radial angreifende Kraft verkippt und das Führungsspiel durch diese Vorspannung eliminiert. Geschaffen ist somit eine axiale, spielfreie Ankerbewegung in der Führungshülse eines Hubmagneten.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass übliche

Maßnahmen, die ansonsten zur Geräuschdämmung für den Elektromagneten vorgesehen werden, wie beispielsweise

- Fetten und/oder

- das Lagerspiel mittels teurer Materialpaarungen durch eingeschränkte Toleranzen zu verringern,

entfallen können. Dadurch werden wiederum die Teilekosten für den Elektromagneten reduziert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und

Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbedienelement in schemarischer Ansicht mit einem Elektromagneten

als Aktor, Fig.2 der Elektromagnet aus Fig. 1 in perspektivischer Darstellung,

Fig.3 ein Detail des Elektromagneten aus Fig.2 in vergrößerter Darstellung und

Fig. 4 einen Schnitt durch den Elektromagneten aus Fig.2.

In Fig. 1 ist ein Schaltbedienelement 1, das beispielsweise in einem Bedienfeld im

Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs befindlich ist, in schematischer Ansicht zu sehen. Das Schaltbedienelement 1 umfasst eine Betätigungsfläche 3, auf die der Benutzer

beispielsweise mittels des Fingers 2 seiner Hand manuell einwirken kann. Mit der

Betätigungsfläche 3 wirkt ein Sensor 4, bei dem es sich beispielsweise um einen kapazitiv arbeitenden Sensor 4 handelt, derart zusammen, dass der Sensor 4 bei Einwirkung des Fingers 2 auf die Betätigungsfläche 3 ein Signal 5 erzeugt. Das Signal 5 dient wiederum zum Schalten und/oder Auslösen einer Funktion in der Art eines Schaltsignals,

beispielsweise lässt sich dadurch die Sitzheizung des Kraftfahrzeugs einschalten. Mit der Betätigungsfläche 3 wirkt weiterhin ein Aktor 6 zusammen, derart dass die

Betätigungsfläche 3 zur Erzeugung einer Haptik für den Benutzer mittels des Aktors 6 bewegbar ist. Mit anderen Worten spürt der die Betätigungsfläche 3 berührende Finger 2 des Benutzers die durch den Aktor 6 bewirkte Bewegung der Betätigungsfläche 3, was dem Benutzer beispielsweise die Betätigung des Schaltbedienelements 1 signalisiert.

Selbstverständlich kann anstelle des in Fig. 1 dargestellten kapazitiv arbeitendes Sensors 4 auch ein nach einem anderen Wirkprinzip arbeitender Sensor, beispielsweise ein induktiver Sensor, ein mechanischer Drucksensor o. dgl., verwendet werden.

Der Aktor 6 besteht aus einem Elektromagneten, der mittels eines Ansatzes 7 auf die Betätigungsfläche 3 zu deren Bewegung einwirkt. Der in Fig. 2 näher gezeigte

Elektromagnet 6 umfasst eine Spule 8 und einen in einer FührungshüIse 14 der Spule 8 in axialer Richtung 12 zwischen einer Ausgangs- sowie einer Bewegungsstellung bewegbaren Anker 9 (siehe auch Fig. 4). Des Weiteren ist ein mit dem Anker 9 zusammenwirkendes elastisches Element 10, das eine in axialer Richtung 12 wirkende Kraft ausübt, vorgesehen. Das elastische Element 10 dient insbesondere zur Rückstellung des Ankers 9 in die Ausgangsstellung. Bei Beaufschlagung der Spule 8 mit elektrischer Spannung über elektrische Zuleitungen 11 ist der Anker 9 in und/oder gegen die Richtung 12 der Kraft des elastischen Elements 10 von der Ausgangsstellung in die Bewegungsstellung bewegbar. In einer Ausgestaltung kann damit der Anker 9 bei Beaufschlagung der Spule 8 mit elektrischer Spannung eine Druckkraft in die Richtung 12 der Kraft des elastischen Elements 10 ausüben. In einer anderen Ausgestaltung kann somit der Anker 9 bei Beaufschlagung der Spule 8 mit elektrischer Spannung eine Zugkraft gegen die Richtung 12 der Kraft des elastischen Elements 10 ausüben.

Wie näher in Fig. 4 zu sehen ist, ist der Anker 9 in der Führungshülse 14 mit einem

Führungs- und/oder Lagerspiel 15 axial bewegbar gelagert. Das elastische Element 10 ist derart ausgestaltet, dass das elastische Element 10 eine weitere Kraft in radialer Richtung 13 auf den Anker 9 ausübt. Durch diese in radialer Richtung 13 angreifende Kraft wird der Anker 9 in der Führungshülse 14 geringfügig aus der axialen Richtung 12 in eine

Schrägrichtung 16 verkippt. Diese Verkippung gegenüber der axialen Richtung 12 durch die radiale Kraft bewirkt wiederum eine Vorspannung für den Anker 9, so dass das Führungsund/oder Lagerspiel 15 in der Führungshülse 14 bei Bewegung des Ankers 9 reduziert beziehungsweise weitgehend eliminiert ist. Dadurch wird wiederum das Anschlagen des Ankers 9 an der Führungshülse 14 und/oder am Körper der Spule 8 bei dessen Bewegung weitgehend verhindert, so dass die Geräuscherzeugung bei der Bewegung des Ankers 9 zumindest reduziert ist.

In bevorzugter Weise besteht das elastische Element 10 aus einer Feder, und zwar aus einer als Schraubenfeder ausgebildeten Druckfeder, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Schraubenfeder 10 umfasst eine Anfangswicklung 17 sowie eine Endwicklung 18. Die Anfangswicklung 17 ist gegenüber der Endwicklung 18 exzentrisch versetzt angeordnet, derart dass aufgrund des exzentrischen Versatzes die in radialer Richtung 13 wirkende Kraft auf den Anker 9 ausgeübt wird.

Am Anker 9 ist ein Halteelement 19 für die Anfangswicklung 17 der Schraubenieder 10 angeordnet. Das Halteelement 19 weist eine exzentrisch zu der in axialer Richtung 12 verlaufenden Längsachse des Ankers 9 versetzt angeordnete Aufnahme 20 für die AnfangswickJung 17 auf. Mit Hilfe dieser versetzt angeordneten Aufnahme 20 wird dann der exzentrische Versatz von der Anfangswicklung 17 zur Endwicklung 18 erzielt.

Selbstverständlich kann auch umgekehrt eine exzentrische Aufnahme für die Endwicklung

18 der Schraubenfeder 10 vorgesehen sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist.

Der mit der Betätigungsfläche 3 zusammenwirkende Ansatz 7 ist gemäß Fig.4

gegenüberliegend zur Aufnahme 20 am Halteelement 19 angeordnet Wie aus Fig. 1 und Fig. 4 ersichtlich ist, ist der Elektromagnet 6 derart an der Betätigungsfläche 3 orientiert, dass zwischen dem Anker 9 und einem an der Spule 8 bzw. am Elektromagneten 6 befindlichen Kern 21 ein zur Funktion notwendiger Luftspalt entsteht. Durch das elastische Element 10 wird der Anker 9 über das in der Art eines Druckstücks wirkende Halteelement

19 kraftschlüssig und spielfrei an die Betätigungsflflche 3 gedrückt. Bei Beaufschlagung der Spule 8 mit elektrischer Spannung über die elektrischen Zuleitungen 11 und der daraus resultierenden magnetischen Kraft, wirkt diese magnetische Kraft zusätzlich zur Kraft des elastischen Elements 10 in axialer Richtung 12 gegen die Betätigungsfläche 3, um die Haptik für die Betätigungsfläche 3 zu erzeugen.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Erfindung umfasst weiterhin auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der Patentansprüche. So kann die Erfindung nicht nur für ein Schaltbedienelement im Kraftfahrzeug, also als Bedienschalter oder als ein mehrere Bedienschalter umfassendes Schaltbedienfeld im Automotive-Bereich, sondern auch als Schaltbedienelement im Consumer-Bereich, beispielsweise in Hausgeräten, Waschmaschinen, Kaffeeautomaten, Audiogeräten, Videogeräten, Telekommunikationsgeräten, Elektrowerkzeugen o. dgl. Verwendung finden. Des Weiteren ist der erfindungsgemäße Elektromagnet vielfältig in Anwendungen einsetzbar, in denen eine präzise Führung des Ankers mit geringem

Lagerspiel gewünscht ist. Bezugszeichen-Liste:

1: Schaltbedienelement

2: Finger (des Benutzers)

3: Betätigungsfläche

4: Sensor

5: Signal

6: Aktor / Elektromagnet

7: Ansatz

8: Spule (von Elektromagnet)

9: Anker (von Elektromagnet)

10 elastisches Element / Schraubenfeder

11 : (elektrische) Zuleitung (für Spule)

12 axiale Richtung

13 radiale Richtung

14 Führungshülse (für Anker)

15 Lagerspiel

16 Schrägrichtung

17 Anfangswicklung (von Schraubenfeder)

18 Endwicklung (von Schraubenfeder)

19 Halteelement (für Anfangswicklung)

20 Aufnahme (an Halteelement)

21 Kern (von Elektromagnet)