Die Erfindung betrifft eine magnetische Stellvorrichtung mit einer in einem Gehäuse vorliegenden Kolbenstange und einem hieran angeordneten Kolben, der durch ein Betätigungsfluid und der Unterstützung eines Magnetsystems in seine Endstellung bewegbar und dort festhaltbar ist.

Aus DE 197 12 293 A1 ist eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung mit zwei zueinander beabstandeten und jeweils eine Erregerspule aufweisenden Magnetsystemen bekannt, zwischen denen eine mit einem Stellschaft fest verbundene Ankerscheibe angeordnet ist. Die Ankerscheibe befindet sich zwischen zwei entgegengesetzt wirkenden Federn und ist durch die Magnetsysteme in zwei Schaltpositionen bewegbar. Einem der Magnetsysteme ist ein in Bewegungsrichtung des Ankers polarisierter Permanentmagnet zugeordnet, der den Anker in unbestromtem Zustand in einer Schaltposition stabilisiert. Soll der Anker in der anderen Schaltposition gehalten werden, so ist dauerhaft Bestromung erforderlich.

Es ist weiterhin aus EP 0 568 028 A1 ein elektromagnetischer Linearmotor bestehend aus einem Anker, zwei inneren Polschuhen, zwei äußeren Polschuhen, zwei Permanentmagneten sowie einer Spule bekannt, wobei der Anker mit den inneren Polschuhen und den äußeren Polschuhen ein Luftspaltsystem aus vier in axialer Richtung veränderbaren magnetischen Luftspalten bildet, die in der Mittelstellung gleich groß sind. Die Permanentmagnete stabilisieren den Anker bei stromloser Spule in der Mittelstellung. Die Polschuhe sind halbschalenförmig ausgebildet und bilden mit den halbschalenförmigen Permanentmagneten zwei fest gepolte Magnetsysteme.

Ein elektromagnetischer Hubmagnet zur Erzielung hoher Haltekräfte in den stabilen Endlagen ist aus DE 102 07 828 B4 bekannt. Er besteht aus einem Stator mit zwei axial voneinander beabstandeten Magnetsystemen, die jeweils eine Erregerwicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Flusses aufweisen. Zwischen den beiden Magnetsystemen ist ein Anker geführt, der eine senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung polarisierte Dauermagnetanordnung zum dauerhaften Halten des Ankers ohne Bestromung der Erregerwicklung trägt. Die Dauermagnetanordnung liegt hierbei zwischen den beiden Erregerwicklungen, wodurch ihre Effektivität infolge von Streufluss beeinträchtigt wird. Außerdem kann das meist spröde Material der Dauermagnetanordnung durch stoßartige Bewegung des Ankers leiden.

DE 10 2013 102 400 A1 beschreibt eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse zwischen zwei Endstellungen bewegbaren Anker, der zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Ankerscheiben und einen Ankerschaft aufweist. Zwei ringförmige Anordnungen von zur Achse radial gleichsinnig polarisierten Permanentmagneten sind gehäusefest zwischen den Ankerscheiben angeordnet und bilden mit diesen zwei Magnetsysteme und ein Luftspaltsystem mit axial veränderlichen Luftspalten. Zwischen den beiden Permanentmagneten ist eine an eine Stromquelle anschließbare, ringförmige Spule angeordnet. Die Magnetsysteme und das Luftspaltsystem sind so ausgelegt, dass der Anker ohne Erregung der Spule in jeder der beiden Endstellungen festhaltbar ist und durch Erregung der Spule aus einer jeweils eingenommenen Endstellung in die entgegengesetzte Endstellung bewegbar ist.

Aus DE 10 2016 105 000 A1 ist eine bistabile Sensor- und Aktorvorrichtung bekannt, die eine in einem Gehäuse angeordnete Ankereinheit umfasst, die aus einem scheibenförmigen Permanentmagnetkörper und einer daran sitzenden Stößeleinheit besteht. Die Ankereinheit ist durch pneumatische Antriebsmittel im Gehäuse axial in ihre stabilen Endpositionen bewegbar. Die Verwendung bekannter Stellvorrichtungen erfolgt oftmals zur Betätigung von Werkzeugspannvorrichtungen in Motorspindeln, die hydraulisch oder pneumatisch angetrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung bereitzustellen, die über ausreichende Haltekräfte verfügt, um die Stellvorrichtung in ihren Endstellungen stabil zu halten und die schnell schaltbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine magnetische Stellvorrichtung mit einem Gehäuse, einer längs einer Längsachse des Gehäuses zwischen zwei Endstellungen bewegbaren Kolbenstange, die zumindest einen sich radial von der Kolbenstange erstreckenden aus einem ferromagnetischen Material bestehenden oder dieses zumindest bereichsweise umfassenden Kolben aufweist, mit wenigstens einem gehäusefest vorliegendem Magnetsystem, wobei Kolben und Magnetsystem, bzw. insbesondere Gehäuse zumindest ein Fluidspaltsystem mit axial veränderlichen Fluidspalten bilden, in die jeweils mindestens eine Fluidzufuhr zur Einbringung von Betätigungsfluid mündet, so dass die Kolbenstange zumindest durch die Einbringung von Betätigungsfluid zwischen Kolben und Magnetsystem, bzw. insbesondere Gehäuse in ihre Endstellungen bewegbar ist.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Kolbenstange zwei in einem Abstand voneinander angeordnete und sich radial von der Kolbenstange erstreckende aus einem ferromagnetischen Material bestehende oder dieses zumindest bereichsweise umfassende Kolben aufweist. Bei dieser Ausgestaltung ist das gehäusefest vorliegende Magnetsystem insbesondere zwischen den Kolben angeordnet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Stellvorrichtung zwei gehäusefest vorliegende Magnetsysteme umfasst, zwischen denen lediglich ein Kolben bewegbar ist und die jeweils eine Endstellung des Kolbens markieren. Das Magnetsystem oder die Magnetsysteme können einen Teil des Gehäuses bilden oder in einem Gehäuseteil integriert vorliegen. Es können ferner Magnetträger vorgesehen sein, die das Magnetsystem tragen. Das Magnetsystem oder die Magnetsysteme bilden alleine oder in Kombination mit weiteren Gehäuseteilen oder Magnetträgern insbesondere mindestens eine Fläche des Fluidspaltsystems, die wenigstens einer Fläche des Kolbens, die ebenfalls mindestens eine Fläche des Fluidspaltsystems bildet, gegenübersteht. Im Sinne der Erfindung entsprechend die Endstellungen der Kolbenstange den Endstellungen des Kolbens oder der Kolben.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine magnetische Stellvorrichtung mit einem Gehäuse, einer längs einer Längsachse des Gehäuses zwischen zwei Endstellungen bewegbaren Kolbenstange, die zwei in einem Abstand voneinander angeordnete und sich radial von der Kolbenstange erstreckende aus einem ferromagnetischen Material bestehende Kolben aufweist, mit wenigstens einem gehäusefest zwischen den Kolben vorliegendem Magnetsystem, wobei Kolben und Magnetsystem ein Fluidspaltsystem mit axial veränderlichen Fluidspalten bilden, in die jeweils mindestens eine Fluidzufuhr zur Einbringung von Betätigungsfluid mündet, so dass die Kolbenstange zumindest durch die Einbringung von Betätigungsfluid zwischen Kolben und Magnetsystem in ihre Endstellungen bewegbar und dort von dem Magnetsystem festhaltbar ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine magnetopneumatische Stellvorrichtung, mit einem Gehäuse, einer längs einer Längsachse des Gehäuses zwischen zwei Endstellungen bewegbaren Kolbenstange, die zwei in einem Abstand voneinander angeordnete und sich radial von der Kolbenstange erstreckende aus einem ferromagnetischen Material bestehende Kolben aufweist, mit wenigstens einem gehäusefest zwischen den Kolben vorliegendem Magnetsystem, wobei Kolben und Magnetsystem ein Fluidspaltsystem, insbesondere Luftspaltsystem mit axial veränderlichen Fluidspalten, insbesondere Luftspalten bilden, in die jeweils mindestens eine Fluidzufuhr, insbesondere Luftzufuhr zur Einbringung von Betätigungsfluid, insbesondere Betätigungsluft mündet, so dass die Kolbenstange zumindest durch die Einbringung von Betätigungsfluid, insbesondere Betätigungsluft zwischen Kolben und Magnetsystem in ihre Endstellungen bewegbar und dort von dem Magnetsystem festhaltbar ist. Die Verwendung von Druckluft als Betätigungsfluid hat insbesondere den Vorteil, dass auf bestehende Ressourcen zurückgegriffen werden kann und somit bereits vorliegende Druckluftanschlüsse nutzbar sind.

Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung kombiniert Magnetkräfte mit den von dem Betätigungsfluid auf die Kolben ausgeübten Kräften, wodurch eine Erhöhung der Kolbenkraft erreichbar ist und die Kolben in ihren Endstellungen vom Magnetsystem stabil gehalten werden. Zur Bewegung der Kolben wird ein Fluid in einen der Fluidspalten vorzugsweise mit hohem Druck eingebracht, so dass sich ein Kolben aus seiner Endstellung in die entgegengesetzte Endstellung bewegt. Da der Kolben in Richtung des Magnetsystems bewegt wird, wirkt ab einem gewissen Abstand vom Magnetsystem außerdem eine magnetische Anziehungskraft auf den Kolben, so dass die durch das Fluid erzeugte Bewegung des Kolbens durch die magnetische Anziehungskraft unterstützt wird. Der Kolben wird dann vom Magnetsystem in seiner Endstellung stabil gehalten. Dadurch, dass die Kolbenstange durch die auf beide Kolben ausübbaren Kräfte in zwei entgegengesetzte Richtung bewegbar ist, wirkt die Stellvorrichtung in zwei Richtungen.

Die Erfindung hat den Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass die Kolben in beiden Endstellungen stabil festhaltbar sind. Durch die Einbringung von Fluid, vorzugsweise in beide Fluidspalten, kann eine schnelle Bewegung der Kolben erreicht werden. Die Stellvorrichtung kann auf bereits vorliegende Ressourcen zurückgreifen, was zu niedrigen Kosten und einer geringen Baugröße beiträgt. Ferner ist das Magnetsystem mit den magnetischen Bestandteilen sicher im Gehäuse eingebettet und dadurch vor dynamischer Beanspruchung geschützt.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Magnetsystem eine ringförmige Anordnung von einem Permanentmagnet oder mehreren gleichsinnig radial polarisierten Permanentmagneten aufweist. Es können Magnete aus empfindlichen Magnetwerkstoffen, beispielsweise Verbundwerkstoffen, verwendet werden, die hohe Polarisationswerte und Feldstärken ermöglichen. Die Permanentmagnete können vorteilhafterweise aus ringförmig angeordneten Einzelmagneten bestehen oder auch in Form eines Ringmagneten ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Magnetsystem rotationssymmetrisch ausgebildet. Hiervon abweichende Gestaltungen sind aber ebenfalls möglich. Formen wie zum Beispiel ringförmig, eckig oder dergleichen sind ebenfalls möglich. Das Magnetsystem kann auch als unterbrochener Ring, das heißt nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sein.

Das Magnetsystem kann in einer Ausgestaltung radial innere und/oder radial äußere Polkörper aus einem den magnetischen Fluss leitenden Material aufweisen. Die Polkörper können die Permanentmagnete umgeben und somit vor dynamischer Beanspruchung schützen. Die inneren und äußeren Polkörper können in einer Ausgestaltung aus weichmagnetischem Material bestehen und die Form von geschlossenen Ringen besitzen.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Magnetsystem eine dem Magnetsystem zugeordnete, an eine Stromquelle anschließbare, insbesondere ringförmige Spule umfasst. Durch eine entsprechende Gestaltung der Spule kann zum einen eine magnetische Abstoßung oder Anziehung der Kolben erreicht werden. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Spule in Kombination mit Permanentmagneten oder alleine im Magnetsystem benutzt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Spule ringförmig ausgebildet ist und zu beiden Seiten von Permanentmagneten flankiert wird. Das Magnetsystem umfassend Permanentmagnete und Spule kann derart ausgestaltet sein, dass die Kolben ohne Erregung der Spule in der Endstellung an oder nahe des Magnetsystems festhaltbar sind und durch Erregung der Spule aus einer jeweils eingenommenen Endstellung in die entgegengesetzte Endstellung bewegbar sind. Diese von der Erregung der Spule ausgelöste Bewegung wird zusätzlich vom eingebrachten Fluid auf die Kolbenfläche ausgeübten Druck verstärkt, so dass sich die auf den Kolben einwirkenden Kräfte erhöhen und die Verstellung der Kolbenstange mit einer hohen Geschwindigkeit erfolgt.

Je nach Verwendung der Stellvorrichtung kann die Kolbenstange als Hohlkörper ausgestaltet und zur Aufnahme für einen entlang der Längsachse die Kolbenstange durchragenden Aktor ausgebildet sein. Durch die ebenfalls axiale Bewegung der Kolbenstange kann beispielsweise eine Kopplung bzw. Entkopplung des Aktors mit einem weiteren Bauteil erfolgen. Gleichwohl kann die Kolbenstange an sich auch als Aktor ausbildet sein und mit einem Bauteil in Wirkkontakt bringbar ausgestaltet sein.

Das in die Fluidspalten einbringbare Fluid kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. Hierbei kann es sich um verschiedenartige Fluide, wie beispielsweise, aber nicht abschließend, Luft oder Öl handeln. Um das Fluid in den jeweiligen Fluidspalt einzubringen, ist in jedem Fluidspalt zumindest eine Fluidzufuhr vorgesehen. Diese kann sowohl zum Einlass des Fluids als auch dem Auslass des eingebrachten Fluids dienen, so dass die Fluidzufuhr auch als Fluidauslass ausgestaltet ist. Es kann zur Erhöhung der Taktfrequenz vorteilhaft sein, dass in den Fluidspalten zusätzlich zur Fluidzufuhr jeweils mindestens ein Fluidauslass vorliegt. Hierdurch ist das Ausbringen des Fluids schneller möglich, so dass sich die Frequenz der Stellvorrichtung erhöhen lässt. Es kann vorteilhaft sein, dass eine Feder direkt oder indirekt auf die Kolbenstange einwirkt. Je nach Anordnung der Feder, kann entweder die Bewegung der Kolbenstange in eine ihrer Endstellungen entgegen der Federkraft der Feder erfolgen oder die Feder, bzw. deren Federkraft unterstützt die Bewegung der Kolbenstange in eine ihrer Bewegungsrichtungen. Die Feder kann sich beispielsweise in der Kolbenstange zum einen an einem Absatz der Kolbenstange und zum anderen an einem Absatz des Gehäuses abstützen. Je nach Ausgestaltung der Feder kann diese die Kolbenstange in die eine oder die andere Richtung unterstützen. Die Feder kann als Zug- oder Druckfeder ausgestaltet sein. Es versteht sich, dass auch die Verwendung mehrerer Federn angedacht sein kann.

Um eine gleichförmige und gerichtete Bewegung der Kolben sicherzustellen, kann in einer Ausgestaltung zumindest ein Führungsmittel zur axialen Führung mindestens eines Kolbens axial entlang der Längsachse vorgesehen sein. Derartige Führungsmittel können vorzugsweise Führungsbolzen sein, die beispielsweise im Gehäuse fixiert sind und in Bohrungen im Kolben hineingreifen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann eine kaskadenförmige Anordnung mehrere Kolben mit mehreren Magnetsystemen und mehreren Fluidspalten vorgesehen sein, wobei sich ein Kolben zwischen zwei Magnetsystemen hin und her bewegen kann. Hierdurch kann die resultierende Kraft erhöht werden. Je nach Anwendung können beliebig viele Fluidspaltsysteme mit Magnetsystem und Kolben hintereinandergeschaltet werden.

Je nach Verwendung und folglich Ausgestaltung der Stellvorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass das Gehäuse mehrteilig aufgebaut ist. Hierdurch kann die Durchführung einer Wartung und etwaiger Austausch von Bauteilen vereinfacht werden. Das Gehäuse besteht nach einem Vorschlag der Erfindung aus nicht magnetischem Material, um eine Streuung des magnetischen Flusses zu vermeiden und den Fluss auf die Kolben zu konzentrieren. Es kann auch vorgesehen sein, ein ferromagnetisches Material zu nutzen, um die Streuung zu kontrollieren.

Die Stellvorrichtung kann für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden, wie beispielsweise, aber nicht abschließend, mit einer Motorspindel, dem Spannen von Werkstücken oder dem schnellen Schalten von elektrischen Kontakten.

Eine besonders vorteilhafte Verwendung der Stellvorrichtung nach der Erfindung umfasst eine Motorspindel, die in einem Spindelgehäuse einen Elektromotor und eine von diesem drehend antreibbare Spindel mit einer Werkzeugaufnahme für ein Werkzeug zur Werkstückbearbeitung enthält, wobei die Spindel als Hohlwelle ausgebildet ist und in ihrer Längsbohrung eine Spannvorrichtung zum Festspannen eines Werkzeugs oder eines Werkzeughalters aufweist, wobei das Gehäuse der Stellvorrichtung an dem Spindelgehäuse direkt oder indirekt befestigt ist, und wobei die Kolbenstange mit einem in einer Längsbohrung der Spindel axial verschiebbaren Element der Spannvorrichtung eine Kraft und eine Bewegung übertragend in Wirkverbindung bringbar ist und die Spannvorrichtung in eine Lösestellung bewegen kann. Die gegenständliche Offenbarung umfasst somit auch die Kombination einer offenbarten Stellvorrichtung mit einer Motorspindel. Die beschriebenen Vorteile der Stellvorrichtung sind analog auf die Verwendung bzw. Kombination anzuwenden.

Mit Hilfe der Stellvorrichtung nach der Erfindung lassen sich bei geeigneter Baugröße und akzeptablem Gewicht ausreichend hohe Stellkräfte erzielen, um die Federspannsätze solcher Werkzeugspannvorrichtungen zusammen zu drücken und die Spannvorrichtung zu lösen. Mit der Vorrichtung nach der Erfindung können außerdem die Haltekräfte, die zum Halten der Werkzeugspannvorrichtung in der Lösestellung erforderlich sind, mit Hilfe des Magnetsystems erzeugt werden. Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung kann zum Betrieb auf Ressourcen der Motorspindel wie etwaige pneumatische Mittel zurückgreifen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn als Fluid Druckluft verwendet wird, die bereits für einen anderen Zweck in der Motorspindel Verwendung findet. Diese Druckluft kann als Betätigungsfluid auch in der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung genutzt werden.

Die Stellvorrichtung kann vorteilhafterweise unmittelbar an der Motorspindel angebracht werden. Hierfür kann die Stellvorrichtung insbesondere Mittel, wie beispielsweise Bohrungen oder Schraubverbindungen aufweisen, die eine schnelle und reversible Verbindung mit einer Motorspindel ermöglichen. Die Erfindung schließt aber auch Ausführungen ein, bei denen die Stellbewegung und Stellkraft durch ein Zusammenwirken der Stellvorrichtung mit einem mechanischen Übertragungssystem, z.B. Zug-Druck-Kabel, oder durch ein hydraulisches oder pneumatisches Übertragungssystem an die Motorspindel übertragen wird, wodurch das Gewicht der Motorspindel klein gehalten werden kann.

In einer Ausgestaltung kann die Kolbenstange der magnetischen Stellvorrichtung eine Drehdurchführung zur Durchführung eines oder mehrerer Fluidkanäle umfassen. Durch die Kanäle kann die Versorgung weiterer Komponenten durch die Stellvorrichtung hindurch sichergestellt werden. Die Fluidkanäle können beispielsweise, aber nicht abschließend zur Durchführung von Öl oder Druckluft ausgebildet sein.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass in der Gehäusewand zumindest ein Magnetsystem vorliegt, so dass ein sich zwischen seinen Endstellungen bewegbarer Kolben in zumindest einer seiner beiden Endstellungen mit zumindest einem Magnetsystem interagiert. Es kann auch vorgesehen sein, dass in beiden dem sich bewegenden Kolben zugewandten Gehäusewänden jeweils ein Magnetsystem vorliegt, so dass der sich bewegende Kolben in beiden seiner Endstellungen von einem Magnetsystem gehalten wird. Das heißt, der Kolben kann in der Ausgestaltung zumindest durch ein in die Fluidspalten eingebrachtes Betätigungsfluid in eine seiner beiden Endstellungen bewegt und dort zumindest durch ein Magnetsystem gehalten werden. Der Kolben kann hierfür vorteilhafterweise zumindest bereichsweise aus einem ferromagnetischen Material bestehen. Die Magnetsysteme sind vorzugsweise so ausgelegt, dass der durch das eingebrachte Betätigungsfluid auf den Kolben wirkende Druck die Haltekräfte des Magnetsystems überwindet und sich der Kolben in die entgegengesetzte Endstellung bewegen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt

Figur 1 eine erste Ausgestaltung einer Stellvorrichtung mit zwei Kolben und

Figur 2 eine Ausgestaltung der Stellvorrichtung mit einem Kolben.

Figur 1 zeigt eine Ausgestaltung einer magnetische Stellvorrichtung 1 mit einem Gehäuse 2, mit einer sich längs seiner Längsachse erstreckenden im Wesentlichen zylindrischen Bohrung, die an einem Ende durch einen Gehäuseboden 3 und am anderen Ende durch einen an dem Gehäuse 1 befestigten Deckel 4 hindurchragt. In dem Gehäuse 2 befindet sich eine in Richtung der Achse beweglich gelagerte und als Hohlkörper gestaltete Kolbenstange 5.

Das Gehäuse 2 ist in der gezeigten Ausführung mehrteilig gestaltet. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, das Gehäuse 2 im Wesentlichen einteilig aufzubauen. Gehäusedeckel 4 sowie Gehäuseboden 3 können mittels nicht gezeigten Schraubenverbindungen mit einer Gehäusewand verbunden sein.

Die Kolbenstange 5 ist axial entlang der Längsachse beweglich gelagert, z. B. über eine Gleitlagerbuchse 6. Radial stützt sich die Kolbenstange 5 am Gehäusedeckel 4 und einem im Gehäuse 2 angeordneten Führungsstück 7 ab. Wie in Figur 1 angedeutet, kann der Hub der Kolbenstange 5 über die Gestaltung des Führungsstücks 7 definiert sein. Dies kann aber auch über andere dem Fachmann bekannte Mittel erfolgen.

Das Führungsstück 7 dient zudem der Führung eines Aktors 8, der sich entlang der Längsachse durch das Führungsstück 7 und die Kolbenstange 5 erstreckt. In der Kolbenstange 5 kann eine Feder 9, z. B. eine Druckfeder vorgesehen sein, die sich beispielsweise mit einem ersten Ende an der Kolbenstange 5 und mit ihrem zweiten Ende an dem Führungsstück 7 abstützen kann.

Die Kolbenstange 5 weist zwei in einem Abstand voneinander angeordnete und sich radial von der Kolbenstange 5 erstreckende und insbesondere aus einem ferromagnetischen Material bestehende Kolben 10 auf. Die Kolben 10 haben parallele Seitenflächen und zylindrische Mantelflächen, mit denen sie zum Beispiel in nicht gezeigten Gleitbuchsen gelagert sind, die in der Bohrung des Gehäuses 2 angeordnet sein können. Die Kolben 10 können eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Die Verbindung zwischen Kolben 10 und Kolbenstange 5 kann reversibel oder irreversibel gestaltet sein. Um eine Wartung und Demontage der Kolben 10 zu vereinfachen, können die Kolben 10 beispielsweise mittels Steck- oder Schraubverbindungen mit der Kolbenstange 5 verbunden sein. Die Kolben 10 sind mit der Kolbenstange 5 entlang der Längsachse axial beweglich, wobei im Gehäuse 2 festgelegte und in die Kolben 10 eingreifende Führungsmittel 11 , wie Führungsbolzen vorgesehen sein können. Hierdurch kann eine gleichförmige Bewegung der Kolben 10 sichergestellt werden.

Zwischen den Kolben 10 ist ein Magnetsystem 12 angeordnet, das beispielsweise an der Gehäusewand festgelegt sein kann. Das Magnetsystem 12 kann aus einem Permanentmagnet oder mehreren Permanentmagneten bestehen, die in gleicher Richtung radial und damit quer zur Bewegungsrichtung der Kolbenstange 5 polarisiert sind. Der Permanentmagnet kann beispielsweise als Ringmagnet ausgestaltet sein oder als Anordnung von gleichsinnig polarisierten Einzelmagneten vorliegen. Der Permanentmagnet kann von als Polkörper gestalteten Magnetträgem 13 getragen werden. Der Magnetträger 13 kann aus einem inneren Magnetträger und einem äußeren Magnetträger bestehen, zwischen denen das als Permanentmagnet gestaltete Magnetsystem 11 angeordnet ist, wobei der äußere Magnetträger fest am Gehäuse 2 fixiert ist und sich der innere Magnetträger an der Gleitlagerbuchse 6 fest abstützt. Andere Gestaltungen der Permanentmagnete, wie zum Beispiel eckige Permanentmagnete, sind ebenfalls möglich. Die Kolben 10 sowie die Magnetträger 13 können aus einem den magnetischen Fluss gut leitenden, insbesondere weichmagnetischen Material bestehen. Die Kolbenstange 5 kann ebenfalls aus magnetischen Fluss leitendem Material bestehen, vorzugsweise besteht sie jedoch aus nicht magnetischem Material, um einer Streuung des Flusses entgegen zu wirken. Das Gehäuse 2 besteht ebenfalls aus nicht magnetischem Material.

Anstelle des Permanentmagneten als Magnetsystem 12 oder zusätzlich zu diesem kann zumindest eine an eine Stromquelle anschließbare und mindestens eine Wicklung aufweisende Spule vorgesehen sein (nicht gezeigt). Die Spule kann beispielsweise zwischen zwei flankierend angeordneten und gleichsinnig polarisierten Einzelmagneten vorliegen. Ferner können beispielsweise zwei oder mehr Magnetsysteme 12 diametral zur Kolbenstange 5, insbesondere zur Längsachse angeordnet sein und verschiedene Zusammensetzungen aufweisen, d. h. verschiedene Kombinationen von Permanentmagneten und/oder Spule sind möglich.

Zwischen jeweils einem Kolben 10 und dem Magnetsystem 12 liegt ein Fluidspaltsystem 14 mit axial veränderlichen Fluidspalten 15 vor. In die Fluidspalten 15 mündet mindestens eine Fluidzufuhr 16 zur Einbringung von Betätigungsfluid. In einer Ausgestaltung kann die Fluidzufuhr 16 auch als Auslass konzipiert sein, so dass z. B. über ein Ventil gesteuert Betätigungsfluid zu- oder abgeführt wird. Es kann jedoch pro Fluidspalt 15 neben einer Fluidzufuhr 16 auch ein separater Fluidauslass vorgesehen sein. In dem dargestellten Beispiel weist jeder Fluidspalt 15 zwei Fluidzuführungen 16 auf, die als Zufuhr und Auslass fungieren.

Zur Betätigung der Stellvorrichtung 1 wird das Betätigungsfluid über die Fluidzufuhr 16 in einen Fluidspalt 15 eingebracht, so dass eine Kraft auf die Kolbenfläche ausgeübt wird und sich der Kolben 10 bewegt. Nahe dem Magnetsystem 12 wirkt zusätzlich noch eine Anziehungskraft des Magnetsystems 12 auf den sich in Richtung des Magnetsystems 12 bewegenden Kolben 10. Nach Einbringen z. B. einer definierten Menge Fluid stoppt die Bewegung des Kolbens 10 und der Kolben 10 kommt am Magnetsystem 12 zum Erliegen, wo er durch die Magnetkraft stabil in seiner Endstellung gehalten wird. Durch die Verbindung der Kolben 10 mit der Kolbenstange 5 hat sich die Kolbenstange 5 auch in ihre entsprechende Endstellung bewegt und beispielsweise durch ihre Bewegungsenergie in Funktion eines Aktors 8 eine Kraft auf ein anderes Objekt ausgeübt.

Bei der Stellvorrichtung 1 können die Kolben 10 in ihren beiden Endstellungen am Magnetsystem 12 durch die Magnetkraft des Magnetsystems 12 mit vergleichsweise hoher Kraft gehalten werden. Die Mittelstellung der Kolben 10 mit gleich großen Fluidspalten 15 ist instabil.

Um den an dem Magnetsystem 12 gehaltenen Kolben 10 in seine entgegengesetzte Endstellung zu bewegen, wird zum einen das Betätigungsfluid aus dem zuvor befüllten Fluidspalt 15 abgelassen und zum anderen Betätigungsfluid in einen Spalt 17 zwischen Magnetsystem 12 und Kolben 10 eingebracht. Durch die hierdurch auf den durch Magnetkraft am Magnetsystem 12 gehaltenen Kolben 10 einwirkenden Kräfte wird der Kolben 10 entgegen der Magnetkraft in seine entgegengesetzte Endstellung bewegt. Die Bewegungen des Kolbens 10 können durch das Einbringen von Betätigungsfluid in den entsprechenden Spalt 17 nahe des zweiten Kolbens 10 unterstützt werden. Das heißt, beide Fluidspalten 15 können vorzugsweise gleichzeitig mit Betätigungsfluid befüllt bzw. geleert werden, so dass vorzugsweise immer vom Betätigungsfluid ausgehende Kräfte auf beide Kolben 10 wirken. Hierdurch werden die auf die Kolben 10 und die Kolbenstange 5 wirkenden Kräfte erhöht.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Kolbenstange 5 eine Drehdurchführung 18 zur Durchführung eines oder mehrerer Fluidkanäle umfasst, um Bauteile durch die Stellvorrichtung 1 hindurch mit notwendigen Fluiden zu versorgen.

Die Stellvorrichtung 1 kann beispielsweise bei einem nicht gezeigten Wechsel eines Werkzeuges bei einer Motorspindel zum Einsatz kommen. Die Stellvorrichtung 1 kann hierbei an einem Spindelgehäuse mit Hilfe eines Deckels befestigt sein. Das aus dem Deckel herausragende Ende des Schafts kann in Gestalt des Stößels in eine Längsbohrung in einer Spindel eingreifen und in der in das Gehäuse zurückgezogenen Stellung der Kolbenstange 5 einer Stirnfläche eines Elements einer Spannvorrichtung, insbesondere eines Stößels der Spannvorrichtung mit geringem Abstand gegenüberstehen. In dieser beschriebenen Stellung der Stellvorrichtung 1 kann der Werkzeughalter durch die Spannvorrichtung zum Beispiel mit Hilfe der Kraft von Tellerfedern gespannt sein.

Soll der Werkzeughalter mit einem daran befestigten Werkzeug gewechselt werden, so wird nach dem Stillsetzen der Spindel Betätigungsfluid in einen Fluidspalt 15 eingebracht und die Kolbenstange 5 in die entgegengesetzte Richtung bewegt, in der ein Kolben 10 stabil von dem Magnetsystem 12 gehalten wird. Die Kolbenstange 5 gelangt in die aus dem Gehäuse 2 weiter herausgefahrene Stellung. Hierbei wird der Schaft mit dem Stößel entgegen der Kraft der Tellerfedern soweit in Richtung des Spannsystems bewegt, dass zum Beispiel der Werkzeughalter von der Spannvorrichtung freigegeben und der Werkzeugkegel gelöst werden kann. Der Werkzeughalter und das daran befestigte Werkzeug können auf diese Weise von Hand oder automatisch entnommen werden. Der Werkzeugkegel kann entweder unmittelbar an einem Bearbeitungswerkzeug oder an dem Werkzeughalter angebracht sein.

Nach dem Einsetzen des neuen Werkzeugs in die Aufnahme der Spindel wird zum Spannen eines neuen Werkzeugs das Betätigungsfluid aus dem einen Fluidspalt 15 entfernt und in den Spalt 17 zwischen Magnetsystem 12 und Kolben 10 bzw. in den Spalt 17 zwischen Gehäusewand und Kolben 10 eingebracht. Die Feder 9 kann die Bewegung der Kolbenstange 5 unterstützen. Das heißt, ist die Feder 9 als Druckfeder ausgestaltet, wird die Kolbenstange 5 entgegen der Federkraft der Feder 9 in Richtung des Gehäuses 2 und mit Unterstützung der Federkraft in Richtung weg vom Gehäuse 2 bewegt. Die Feder 9 kann jedoch auch als Zugfeder ausgestaltet sein, so dass die Bewegung der Kolbenstange 5 entgegengesetzt unterstützt wird.

Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung der Stellvorrichtung mit nur einem Kolben. Bezüglich des Aufbaus der Stellvorrichtung 1 wird auf obige Figur 1 verwiesen. Es kann vorgesehen sein, dass die Stellvorrichtung 1 lediglich einen sich zwischen zwei Endstellungen bewegbaren und mit der Kolbenstange 5 wirkverbundenen Kolben 10 aufweist. In der Gehäusewand 2 liegt zumindest ein Magnetsystem 12 vor, d. h. das Magnetsystem 12 kann in einer Ausgestaltung Bestandteil des Gehäuses sein. Im Sinne der Erfindung kann somit das Magnetsystem beispielsweise in der Gehäusewand integriert vorliegen. Aufgrund des Magnetsystems 12 kann der zwischen seinen Endstellungen bewegbare Kolben 10 in zumindest einer seiner beiden Endstellungen mit zumindest dem einen Magnetsystem 12 interagieren. Das heißt, der Kolben 10 wird durch die Einbringung von Betätigungsfluid in die Fluidspalten 15 in Richtung einer seiner Endstellungen bewegt und dort von mindestens einem oder keinem Magnetsystem 12 gehalten. Das Magnetsystem 12 kann aber auch die Bewegung des zumindest einen Kolbens 10 unterstützen, also zusätzlich als Kraft auf den Kolben 10 wirken, so dass die Bewegung des Kolbens 10 beschleunigt wird. In der Endstellung des zumindest einen Kolbens 10 kann das Magnetsystem 12 eine magnetische Haltekraft auf den zumindest einen Kolben 10 ausüben. Das heißt, insbesondere fungiert das Magnetsystem nicht nur als Haltekraft, sondern kann in einer Ausgestaltung zusätzlich auch als Beschleunigungskraft wirken.

Es kann vorgesehen sein, dass in beiden dem sich bewegenden Kolben 10 zugewandten Gehäuseteilen 3, 4 jeweils ein Magnetsystem 12 vorliegt, so dass der sich bewegende Kolben 10 in beiden seiner Endstellungen von einem Magnetsystem 12 gehalten wird. Das heißt, der Kolben 10 wird durch ein in die Fluidspalten 15 eingebrachtes Betätigungsfluid in eine seiner beiden Endstellungen bewegt und dort zumindest durch ein Magnetsystem 12 gehalten. Bezüglich der Ausgestaltung, bei der kein Magnetsystem 12 in dem Gehäuse 2 oder dessen Bestandteile, z. B. der Gehäusewand vorliegt, wird auf obige Figur 1 verwiesen.

Der Kolben 10 kann vorteilhafterweise zumindest bereichsweise aus einem ferromagnetischen Material bestehen. Die Magnetsysteme 12 sind vorzugsweise so ausgelegt, dass der durch das eingebrachte Betätigungsfluid auf den Kolben 10 wirkende Druck die Haltekräfte des Magnetsystems 12 überwinden und sich der Kolben 10 in die entgegengesetzte Endstellung bewegen kann. Durch die Verwendung einer Spule im Magnetsystem 12 oder als ausschließliches elektrisches Magnetsystem 12 kann das Magnetsystem 12 schaltbar gestaltet werden. Der Kolben 10 als mobile Struktur ist in beiden Endstellungen ohne Erregung der Spule festhaltbar. Soll die durch das in die Fluidspalten 15 eingebrachte Betätigungsfluid ausgelöste Bewegung des Kolbens 10 in die entgegengesetzte Endstellung unterstützt werden, kann die Spule bestromt werden, so dass der Kolben 10 magnetisch abgestoßen und die Bewegung des Kolbens 10 unterstützt wird. Hierdurch ist eine einfache und schnelle Schaltung der Stellvorrichtung möglich. Es wird angemerkt, dass die Figuren die Erfindung beispielhaft illustrieren und technische Funktionsprinzipien und Merkmale zur Figur 2 auf die Ausgestaltung nach Figur 1 übertragbar sind und vice versa. Kombinationen der von den Figuren schematisch illustrierten Merkmale sind ebenfalls von der Lehre der Erfindung erfasst.