<Desc/Clms Page number 1>
Elektromagnet für Schalt-und Steuerzwecke
Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromagneten für Schalt- und Steuer zwecke mit einem als
Rahmen oder topfförmig ausgebildeten Magnetkern, in welchem die Erregerspule angeordnet ist, und einem zwischen zwei Rahmenschenkeln bzw. durch eine Öffnung im Magnetkern hin-und herbewegbaren, aus einem innerhalb der Spule liegenden Kopf- und einem sowohl den Erregerfluss führenden als auch zur
Kraftübertragung dienenden Schaftteil bestehenden Anker, der bei Erregung der Spule in Richtung seines den Kopfteil aufweisenden Endes in diese hineingezogen wird.
Die bekannten Elektromagneten dieser Art weisen den Nachteil auf, dass ihre Zugkraft während des
Arbeitshubes ausserordentlich stark zunimmt, was Schläge verursacht, die nicht nur unnötiges Geräusch, sondern auch eine Herabsetzung der Lebensdauer der Elektromagneten zur Folge hat.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und bezweckt, mit einfachen Mitteln einen Elektromagneten zu schaffen, der eine im Verhältnis zu seinem Ankergewicht grosse Anfangszugkraft besitzt, wirtschaftlich arbeitet und dessen Zugkraft während des Arbeitshubes nur unwesentlich zunimmt.
DieErfindung besteht darin, dass bei einem Ankerhub, der grösser als die kleinste Querabmessung des
Schaftes ist, der Querschnitt des wirksamen Teiles des Schaftes um wenigstens 2/5 kleiner als der grösste wirksame Querschnitt des Kopfes ist, Der Elektromagnet nach der Erfindung besitzt infolge des grossen Quer- schnittes des Ankerkopfes eine unverändert grosse Anfangszugkraft. Die erfindungsgemässe Bemessung des
Ankerschaftes im Verhältnis zum Ankerhub und zum Querschnitt des Kopfes bewirkt ein wesentlich lang- sameres Anwachsen der Zugkraft während des Arbeitshubes, als dies bei den bekannten Ausführungen der
Fall ist. Dies hat seine Ursache darin, dass bei Bewegung des Ankers in die Spule hinein dessen magnetischer Widerstand in einem derartigen Ausmass zunimmt, dass die Abnahme desmagnetischen Widerstandes im Luftspalt mindestens teilweise ausgeglichen wird.
Dadurch werden nachteilige Schläge des Ankers auf den Polschuh verhindert, somit unangenehme Geräusche vermieden und die Lebensdauer des Magneten wesentlich erhöht.
Bei einer bekannten Ausführungsform besteht der Elektromagnet aus drei hintereinanderliegenden Spu- len mit drei darin bewegbaren Ankern in einem gemeinsamen Gehäuse. Die einzelnen Magnete sind dabei so ausgebildet, dass jeweils der Polschuh des einen in seiner Verlängerung den Anker des über ihm liegenden nächstfolgenden Magneten bildet. Der verbreiterte Kopfteil des Ankers dient als Anschlag, um den Ankerhub zu begrenzen.
Mit dieser Anordnung soll erreicht werden, dass durch wahlweise Erregung einer oder mehrerer Spulen verschiedene Schaltstellungen eingestellt werden können. Die Anker der einzelnen Spulen sind dabei jedoch so bemessen, dass die bei dem verhältnismässig kleinen Ankerhub auftretende geringe Verlängerung des Eisenweges keine wesentliche Verminderung der Zunahme der Zugkraft mit sich bringt,
Bei einer weiteren bekannten Ausführung ist eine Erregerspule um einen Ventilkörper oder einen Schieber als Anker angeordnet, um diesen zu betätigen. Diese Ventilkörper oder Schieber weisen aber keinen zur Ausübung einer Zug-oder Druckkraft dienenden Schaft auf. Die dabei vorgesehenen schaftähnlichen Teile dienen lediglich zur Führung des Ankers.
Ausserdem bewegt sich dabei der Anker bei Erregung der dazugehörigen Spule nicht in Richtung seines den Kopfteil aufweisenden Endes in die Spule hinein, sondern vielmehr in der entgegengesetzten Richtung, wobei der Luftspalt zwischen Kopfteil und Polschuh vergrössert wird, Es tritt also keine Verlängerung des Eisenweges im Schaftteil auf. Bei einer ähnlichen Ausführungsform zur Betätigung eines Schiebers ist zwar auch ein zur Führung dienender, schaft-
<Desc/Clms Page number 2>
ähnlicher Teil, der bei Erregung der Spule in Bewegungsrichtung hinter dem Kopfteil liegt, vorgesehen, dieser befindet sich jedoch stets ausserhalb der Spule und führt keinen Erregerfluss. Es sind aucn schon
Elektromagnete vorgeschlagen worden, bei denen die Zugkraft während des Ankerhubes nicht bzw, nur in relativ geringem Masse zunimmt.
Diese Elektromagnete sind aber nicht von der eingangs erwähnten Baui art und eignen sich nicht für grosse Kräfte und rasch aufeinanderfolgende Hübe. Zudem sind die vorge- sehenenMassnahmen. konstruktivnichteinfachund bei den eingangs erwähnten Elektromagneten nicht ohne weiteres anwendbar. Nachteilig bei diesen Ausführungen ist somit vor allem ihr komplizierter Aufbau, ihre Unwirtschaftlichkeit und ihre Betriebsunsicherheit.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der grösste Querschnitt des Ankerkopfes nahezu dem freien Querschnitt der Erregerspule entsprechen. Man erzielt dadurch bei gleichbleibenden
Abmessungen und gleichem Gewicht des Magneten eine möglichst grosse Anfangszugkraft.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das vom Ankerkopf abgekehrte Ende des Anker- schaftes sich keilförmig erweitern. Die dadurch gebildete keilförmige Fläche kommt am Ende des Arbeits- hubes gegenüber einer dazu passenden Fläche des Magnetkernes zu liegen, wodurch der Luftspalt zwischen
Ankerschaft und Magnetkern vermindert wird. Man verhindert dadurch ein allzu starkes Anwachsen des magnetischen Widerstandes des Schaftes und erzielt somit eine Vergrösserung der End- und Haltekraft des Magneten.
In den beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Es 1st : Fig. 1 ein Schnitt gemäss der Linie I - I von Fig. 2, Fig. 2 ein Schnitt gemäss der Linie II - II von
Fig. 1 und Fig. 3 ein Schnitt gemäss der Linie IN-ICI von Fig. 1.
Der dargestellte Elektromagnet weist einen als Rahmen ausgebildeten, lamellierten Magnetkern 1 auf, in welchem eine Erregerspule 2 angeordnet ist. Der Rahmen 1 weist zwei einander gegenüberliegende
Schenkel 3 auf, zwischen denen ein lamellierter Anker 4 hin und her bewegbar ist. Der Anker 4 weist einen Kopf 5 und einen Schaft 6 auf, welcher sich an seinem vom Kopf abgekehrten Ende 7 keilförmig erweitert. In seiner untersten Lage kommt der Ankerkopf 5 auf einen zentralen Innenvorsprung 8 des Rah-
EMI2.1
Der Schaft 6 hat in seinem Hauptteil einen Querschnitt, der nur zirka 1/3 des grössten Querschnittes des Kopfes 5 beträgt, welcher Querschnitt nahezu dem freien Querschnitt der Spule 2 entspricht.
Die Stirnflächen 10 der Rahmenschenkel 3 sind zu den Keilflächen des Ankerendes 7 parallel.
Der Anker 4 ist mittels eines Bügels 11 an einer Zugstange 12 befestigt, die an ihrem freien Ende mit einem Gewinde 13 versehen ist, um die Zugstange mit einem Schalt- oder Steuerorgan verbinden zu können. Die Ankerlamellen werden durch Nieten 14 zusammengehalten, von denen die oberste zugleich auch zur Befestigung des Bügels 11 am Anker 4 dient.
Die Zugstange 12 ist in einem Lager 15 geführt, das zwischen zwei symmetrischen, ein Gehäuse bildenden Deckeln 16 und 17 gehalten ist, die oberhalb des Rahmens 1 in der Zeichenebene von Fig. 1 aufeinander liegen und im übrigen diesenRahmen zwischen sich festhalten. Die Deckel 16 und 17, die miteinander und mit dem Rahmen durch Schrauben 18 verbunden sind, weisen Versteifungsrippen 21 und zur Montage des Elektromagneten dienende Gewindebohrungen 20 auf. Mit 19 sind Nieten bezeichnet, welche die Lamellen des Magnetkernes 1 zusammenhalten und mit 22 leicht keilförmige Distanzhalter, über welche die Spule 2 an den Rahmenschenkeln 3 abgestützt ist. Die Stromzuführungen der Erregerspule 2 sind nicht dargestellt.
Es sei angenommen, dass auf die Zugstange 12 eine im Schalt- oder Steuerorgan enthaltene Feder wirkt, welche den Anker 4 bei unerregter Spule 2 in der Lage nach Fig. 1 hält. Wird die Erregerspule an Spannung, z. B. Wechselspannung, gelegt, so wird der Anker 4 nach unten gegen den einen Magnetpol bildenden Vorsprung 8 des Rahmens 1 gezogen. Da der magnetische Widerstand im Luftspalt zwischenPol8 und Ankerkopf 5 wesentlich grösser ist als der magnetische Widerstand im Anker 4, ist die Anzugskraft zunächst praktisch genau so gross, wie wenn der Anker 4 überall denselben Querschnitt hätte wie der unterste Teil des Ankerkopfes 5, welcher Teil den grössten Querschnitt hat.
Wenn der Anker 4 sich seiner Endstellung nähert, nimmt sein magnetischer Widerstand stark zu, weil der zwischen den Schenkeln 3 und dem Ankerkopf 5 befindliche Teil des Ankerschaftes 6 länger wird, in welchem Schaft die Induktion vielhöher ist als im Ankerkopf.
Infolgedessen wächst die Induktion im Luftspalt zwischen Pol 8 und Ankerkopf 5 nicht so rasch, wie dies der Verkleinerung des Luftspaltes entspricht, sondern wesentlich langsamer. Die Zugkraft nimmt daher lange nicht so rasch zu wie bei den bekannten Elektromagneten mit Ankern von konstantem Querschnitt.
Die Kurzschlusswindung 9 wirkt in bekannter Weise ebenfalls einer zu raschen Zunahme der Zugkraft
<Desc/Clms Page number 3>
entgegen.
Ganz am Schluss des Arbeitshubes kommen die Keilflächen des Schaftendes 7 in die Nähe der Stirn- flächen 10 der Rahmenschenkel 3, was ein allzu starkes Anwachsen des magnetischen Widerstandes des
Schaftes 6 verhindert.
Während bei bekannten Elektromagneten die Zugkraft am Ende des Arbeitshubes etwa das 20- fache der Anfangskraft : beträgt. ist beim beschriebenen Elektromagneten die Schlusskraft nur etwa 3- mal so gross wie die Anfangskraft. Infolgedessen ist der am Schlusse des Arbeitshubes stattfindende Schlag viel kleiner, was eine Verminderung des Lärmes und eine Erhöhung der Lebensdauer des Elektromagneten etwa um den Faktor 5 zur Folge hat. Der beschriebene Elektromagnet kann auch mit Gleichstrom betrieben werden.
Selbstverständlich kommt es im vorstehenden Zusammenhange auf das Verhältnis zwischen dem wirksamen Querschnitt des Ankerkopfes und demjenigen des Ankerschaftes an, also auf die Querschnitte des ferromagnetischen Materials, als welches in der Praxis fast ausschliesslich Eisen verwendet wird.
Das zwischen den Eisenlamellen befindliche Papier od. dgl. spielt dagegen keine Rolle. Man könnte den wirksamen Querschnitt des Schaftes auch um weniger als 2/3 kleiner wählen als denjenigen des Ankerkopfes, um den gewünschtenEffekt in genügendem Masse zu erzielen, muss die Verjüngung des wirksamen Querschnittes aber mindestens 2/5 des grössten wirksamen Ankerkopfquerschnittes ausmachen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromagnet für Schalt- und Steuerzwecke mit einem alsRahmen oder topfförmig ausgebildeten Magnetkern, in welchem die Erregerspule angeordnet ist, und einem zwischen zwei Rahmenschenkeln bzw. durch eine Öffnung im Magnetkern hin- und herbewegbaren, aus einem innerhalb der Spule liegenden und einem sowohl den Erregerflass führenden als auch zur Kraftübertragung dienenden Schaftteil bestehenden Anker, der bei Erregung der Spule in Richtung seines den Kopfteil aufweisenden Endes in diese hineingezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ankerhub, der grösser als die kleinste Querabmessung des Schaftes (6) ist, der Querschnitt des wirksamen Teiles des Schaftes (6) um wenigstens 2/5 kleiner als der grösste wirksame Querschnitt des Kopfes (5) ist.