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Dokumentenidentifikation DE102005049620A1 03.05.2007
Titel Schwingantrieb
Anmelder Biechele, Günter, 88299 Leutkirch, DE
Erfinder Biechele, Günter, 88299 Leutkirch, DE;
Franke, Horst, Prof., 87534 Oberstaufen, DE;
Abt, Wolfgang, 88299 Leutkirch, DE
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Pfister & Pfister, 87700 Memmingen
DE-Anmeldedatum 16.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005049620
Offenlegungstag 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse H02K 33/16(2006.01)A, F, I, 20051016, B, H, DE
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingantrieb in einem wechselnden Stromfeld, bei welchem die wirksamen Polflächen des beweglichen Kerns dieselbe permanentmagnetische Polung in Richtung des jeweils aktiven Pols haben.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Schwingantrieb.

Bekannte Schwingantriebe für wechselstromperiondengleiche Schwingungszahl beinhalten beweglichen Kerne aus ferritischen Materialen. Diese ferritischen Kerne sind meist einseitig mit Federn vorgespannt. Durch diese Federvorspannung kann der Arbeitshub nur einseitig genutzt werden. Es gibt jedoch auch Systeme welche permanentmagnetische Komponenten enthalten. Diese dienen der Unterstützung oder des Ersatzes eines elektromagnetischen Kreislaufes. Auch bei diesen Systemen mit Permanentmagneten werden meist federvorgespannte Kerne eingesetzt, wie dies z.B. in der AT 240733 beschrieben ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Schwingantrieb mit dem gekennzeichneten Merkmalen des Patentanspruchs hat den Vorteil, dass die wirksamen Polflächen des beweglichen Kerns (01) dieselbe permanentmagnetische Polung in Richtung des jeweils aktiven Pols (03a; 03b) haben. Somit kann der Arbeitshub in beide Bewegungsrichtungen genutzt werden.

Hierbei können rein permanentmagnetische Kerne (01 = 02) mit der entsprechenden Magnetisierung oder Systeme mit mindestens zwei Permanentmagneten (02a und 02b) der Arbeitshub in beide Bewegungsrichtungen genutzt werden kann. Zwischen diesen zwei Permanentmagneten befindet sich der ferritische Kern (01). Die zueinander gerichteten Pole der Permanentmagneten müssen hierbei gleichpolig angeordnet sein. Zwischen den Polen befindet sich der ferritische Kern. Ohne Einwirken einer vorhandenen Wicklung (05) wird der ferritische Kern (01) von beiden Magneten mit der gleichen Kraft angezogen. Hieraus resultiert, dass der Kern an keinem der beiden Pole (03) anliegt, da diese gegenpolig gelagert sind. Durch diese Integration der gegenpolig positionierten Magnete wird ein erhöhter Wirkungsgrad erreicht, da die permanentmagnetischen Kräfte bei dieser Anordnung die elektromagnetischen Kräfte, die durch die Wicklung (05) erzeugt werden, unterstützen. Ebenso wirken die Induktionsspitzen die beim Umpolen des Stromes entstehen als unterstützende Energie in die Beschleunigungsrichtung des Kernes (01).

Ein weiterer Vorteil des beschrieben Systems ist, dass die zur Entlagendämpfung genutzten Federelemente (08) ebenfalls beschleunigungsunterstützend nach der Umpolung wirken.

Ein weiterer Vorteil ist in den Ansprüchen 2 bis 27 beschrieben, bei welchen der Kern (01) des Schwingantriebes sich in einem Isolationsrohr (10) befindet, so dass die beweglichen Elemente innerhalb eines abgeschlossenen Raumes Energie umsetzen können. Hierbei sind die Pole (03a, 03b) rohrförmig ausgebildet.

Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist, dass das Verhältnis der permanentenmagnetischen Kraft zur elektromagnetischen Kraft für den jeweiligen Anwendungsfall bezüglich Kosten und Funktion angepasst werden kann.

Ebenso können bei dieser Art eines Schwingantriebes mittels entsprechender elektronischer Ansteuerung auf einfache und kostengünstige Weise geregelte Antriebe aufgebaut werden.

Zeichnung

In den bis sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und nachfolgend näher erläutert.

zeigt die Schnittdarstellung des Schwingantriebes mit der Achse (07) und dem beweglichen Kern (01 = 02), welche flächig an den Polen (03a und 03b) zur Anlage kommen.

zeigt die Schnittdarstellung des Schwingantriebes mit der Achse (07) und den Permanentmagneten (02a und 02b), welche flächig an den Polen (03a und 03b) zur Anlage kommen.

zeigt die Schnittdarstellung des Schwingantriebes mit der Achse (07) und den Permanentmagneten (02a und 02b), welche flächig an den Polen (03a und 03b) zur Anlage kommen, wobei der Durchmesser der Permanentmagnete (02a und 02b) geringer ist als der Außendurchmesser des Kerns (01).

zeigt die Schnittdarstellung des Schwingantriebes mit der Achse (07) und den Permanentmagneten (02a und 02b), welche flächig an den Polen (03a und 03b) zur Anlage kommen wobei pro Polseite eine endliche Anzahl von Einzelmagneten (02a und 02b) mit der entsprechenden Polung zum Einsatz kommen.

zeigt die Schnittdarstellung des Schwingantriebes mit einer integrierten beidseitig wirkender Kolbenpumpe (09) und einer Entlagendämpfungs-/und Vorspanneinheit (08).

zeigt die Schnittdarstellung durch einen Schwingantrieb bei welchem sich der bewegliche Kern (01) durch ein Rohr (10) in einem nach außen abgeschlossen System abbildet.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In ist der Schwingantrieb im Schnitt dargestellt. Der bewegliche Kern (01) ist hierbei auf der Achse (07) fixiert. Diese Achse (07) kann nach außen hin Kräfte übertragen.

Bei dieser Variante ist der Kern (01 = 02) ein derart magnetisierter Permanentmagnet (02), dass die wirksamen Polflächen des beweglichen Kerns (01) dieselbe permanentmagnetische Polung in Richtung des jeweils aktiven Pols (03a; 03b) haben. Somit kann der Arbeitshub in beide Bewegungsrichtungen genutzt werden.

Die außenliegenden Flächen des Permanentmagneten (01 = 02) werden von den Flächen der Pole (03a) und (03b) bei Bestromung der Wicklung (05) angezogen bzw. abgestoßen, so dass hierbei unterstützende Kräfte in eine Richtung wirken. Der magnetische Kreis wird außerhalb der Wicklung durch das Pol-Rohr (04) verbunden. Die Wicklung wird auf dem Spulenkörper (06) aufgenommen.

Die Induktionsspitzen welche beim Umpolen des Stromes entstehen wirken hierbei als unterstützende Energie in die Beschleunigungsrichtung des Kernes (01).

Die Wicklung (05) der Spule kann hierbei eine einfache Lagenwicklung sein. Mehrere unabhängige Wicklungen wie bei anderen Systemen sind hierbei nicht erforderlich.

In ist der Schwingantrieb im Schnitt dargestellt. Der bewegliche Kern (01) ist hierbei auf der Achse (07) fixiert. Diese Achse (07) kann nach außen hin Kräfte übertragen. Bei dieser Variante sind an den Planflächen des Kernes (01) axial magnetisierte Permanentmagnet (02a) und (02b) fixiert. Diese sind auf dem Kern (01) gegenpolig gelagert.

Um negative Einflüsse der Permanentmagnete (02a) und (02b) zu vermeiden muss der Abstand zueinander durch eine entsprechende Länge des Kernes (01) angepasst sein. Die vom Kern (01) außenliegenden Flächen der Permanentmagnete (02a und 02b) werden von den Flächen der Pole (03a) und (03b) bei Bestromung der Wicklung (05) angezogen bzw. abgestoßen, so dass hierbei unterstützende Kräfte in eine Richtung wirken. Der magnetische Kreis wird außerhalb der Wicklung durch das Pol-Rohr (04) verbunden. Die Wicklung wird auf dem Spulenkörper (06) aufgenommen.

Hierbei kann das Verhältnis der permanentenmagnetischen Kraft zur elektromagnetischen Kraft für den jeweiligen Anwendungsfall bezüglich Kosten und Funktion angepasst werden kann.

Eine weitere sinnvolle Gestaltung ist hierbei dass die Permanentmagnete in dem Kern (01) einen gewissen axialen Freihub haben, so dass der Impuls der Permanentmagnete (02a und 02b) für die Beschleunigung des Kernes (01) bei der Umpolung genutzt werden können.

In ist der Schwingantrieb im Schnitt dargestellt. Im Gegensatz zu ist hierbei der Durchmesser der Permanentmagnete (02a und 02b) geringer ist als der Außendurchmesser des Kerns (01), so dass das Verhältnis der permanentmagnetischen Kraft zur elektromagnetischen Kraft für den jeweiligen Anwendungsfall bezüglich Kosten und Funktion angepasst werden kann.

In ist der Schwingantrieb im Schnitt dargestellt. Im Gegensatz zu kommen hierbei pro Polseite eine endliche Anzahl von Einzelmagneten (02a und 02b) mit der entsprechenden Polung zum Einsatz, so dass das Verhältnis der permanentmagnetischen Kraft zur elektromagnetischen Kraft für den jeweiligen Anwendungsfall bezüglich Kosten und Funktion angepasst werden kann.

zeigt den Schwingantrieb im Schnitt mit integrierter beidseitig wirkenden Kolbenpumpe (09) und einer Endlagendämpfungs- und Vorspanneinheit (08). Der eigentliche Schwingantrieb entspricht dem in Abbildung (01). Die beidseitig wirkende Kolbenpumpe (09) ist hierbei dargestellt um zu verdeutlichen dass bei diesem Schwingantrieb der Arbeitshub in beide Richtungen genutzt werden kann.

Die Entlagendämpfungs- und Vorspanneinheit (08) hat zum einen die Funktion den Kern (01) vor dem Endanschlag zu dämpfen und somit die Magnete auch mechanisch zu schützen als auch die Energie des Kerns (01), welcher in annähernder Endposition sehr hoch ist zu speichern und für die Beschleunigung in entgegengesetzter Richtung zu nutzen.

zeigt den Schwingantrieb im Schnitt mit dem Kern (01) auf der Achse (07), wie in beschriebenen. Die Permanentmagnete sind innerhalb eines nach außen hin abgeschlossenen Rohres (10) gelagert. Hierbei kann die Energie direkt in einem abgeschlossenen Raum umgesetzt werden. Der Aufbau der Spule mit den äußeren Weicheisenbauteilen entspricht hierbei weitestgehend dem Aufbau heutiger Schwingankerpumpen.

01
Kern (beweglich)
02a
Permanentmagnet
02b
Permanentmagnet
03a
Pol 1
03b
Pol 2
04
Polrohr
05
Wicklung
06
Spulenkörper
07
Achse
08
Endlagendämpfungs- und Vorspanneinheit
09
beidseitig wirkende Kolbenpumpe
10
Rohr


Anspruch[de]
Schwingantrieb in einem wechselnden Stromfeld dadurch gekennzeichnet, dass die wirksamen Polflächen des beweglichen Kerns (01) dieselbe permanentmagnetische Polung in Richtung des jeweils aktiven Pols (03a; 03b) haben. Schwingantrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich an zwei gegenüberliegenden Seiten des beweglichen ferritischen Kernes (01) Permanentmagnete (02a und 02b) befinden, welche zueinander gleichpolig positioniert sind und die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete der Richtung des elektromagnetischen Feldes entspricht. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (01) aus permanentmagnetischem Material besteht (01 = 02) Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten flächig zu den Kontaktflächen von Polen (03a) und (03b) bzw. Kern (01) anliegen. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kern (01) mit den Magneten (02a) und (02b) innerhalb eines Rohres (10) befindet. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass eine endliche Anzahl von Einzelmagnete (02a und 02b) mit der entsprechenden Polung zum Einsatz kommen, so dass das Verhältnis der permanentmagnetischen Kraft zur elektromagnetischen Kraft für den jeweiligen Anwendungsfall bezüglich Kosten und Funktion angepasst werden kann. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Permanentmagnete (02a und 02b) geringer ist als der Außendurchmesser des Kerns (01), so dass das Verhältnis der permanentmagnetischen Kraft zur elektromagnetischen Kraft für den jeweiligen Anwendungsfall bezüglich Kosten und Funktion angepasst werden kann. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete in dem Kern (01) einen gewissen axialen Freihub haben, so dass der Impuls der Permanentmagnete (02a und 02b) für die Beschleunigung des Kernes (01) bei der Umpolung genutzt werden können. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer steilen Flanke bei der Bestromung der Kraft-Weg-Verlauf optimiert wird. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuerelektronik die Frequenz auch bei Hohen Energien geregelt werden kann. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patenansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete außerhalb der Pole (03a) und (03b) auf der Achse (07) fixiert sind, so dass der ferritische Kern (01) direkt an dem Pol (03a) und (03b) anliegt und der permanentmagnetische Unterstützungseffekt von außen her auf das System wirkt. Schwingantrieb nach mindestens einem der zuvor genannten Patenansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Permanentmagnete außerhalb der Pole (03a) und (03b) fixiert sind die Pole nochmals von je mindestens einem ferritischen Element abgedeckt sind, so dass der Permanentmagnet ebenfalls beidseitig mit ferritischen Flächen in den entsprechenden Positionen in Kontakt kommt. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (01) pendelnd gelagert wird. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitshub beidseitig genutzt wird. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspitze beim Umpolen für die Beschleunigung des Kernes (01) genutzt wird. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Entlagendämpfungs- und Vorspanneinheit (08) zur Beschleunigung des Kernes (01) genutzt wird. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Entlagendämpfungs- und Vorspanneinheit (08) zum mechanischen Schutz der Permanentmagneten (02a) und (02b) genutzt wird Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen elektromagnetischer und permanentmagnetischer Kraft für den Anwendungsfall optimiert werden kann. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (02a und 02b) an den Polen (03a) und (03b) fixiert sind Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingantrieb für doppelt wirkender Kolbenpumpen verwendet werden kann. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dieser für die Meißeltechnik im Bauwesen verwendet werden kann. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Kompressorantrieb verwendet werden kann. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Linearantrieb verwendet werden kann. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Schalter verwendet werden kann. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Spule nur mit einer Wicklung besteht. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass auf gegenüberliegenden Seiten auf der Achse die Funktionseinheit und die Entlagendämpfungs- und Vorspanneinheit integriert sind. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb für Hochdruckpumpen wie z.B. für Hochdruckreiniger sich eignet. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb für Miniaturventile genutzt wird. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb für bistabile Ventile genutzt wird. Schwingantrieb nach mindestens einem zuvor genannten Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens eine der genannten Funktionselemente, entsprechend der geforderten Funktion integriert ist.






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