Elektromagnet mit Wälzanker. Um während der Anzugsbewegung des Ankers eines Elektromagnetes das Überset zungsverhältnis zwischen dem Kraftarm und dem Lastarm des Ankers stetig in Anpas sung an den am Lastarm auftretenden Kraft bedarf zu ändern, ist es bekannt, den Anker auf einer Wälzbahn anzuordnen, an der er sich während seiner Bewegung abwälzt. Die Ausbildung derartiger Elektromagnete mit Wälzankern bereitet Schwierigkeiten. Die bekannten Elektromagnete dieser Art- besit zen einen hohen Widerstand in dem Magnet kreis, insbesondere einen schlechten Rück schluss der magnetischen Kraftlinien zwi schen Anker und Joch, so dass grosse Er regungsfeldstärken aufgewendet werden müssen.
Die hierfür erforderlichen Erregungs wicklungen benötigen verhältnismässig viel Platz, so dass bei Einhaltung eines bestimm ten Bereiches des Übersetzungsverhältnisses für die Ankerbewegung verhältnismässig grosse Wälzbahnen und damit grosse Massen des bewegten Systems auftreten. Aus diesen Gründen eignen sich die bekannten Elektro magnete mit Wälzanker nicht zu periodischen Fortschaltungen, die mit hoher Schrittge schwindigkeit ausgeführt werden.
Die Erfindung ermöglicht eine Verbesse rung der bekannten Elektromagnete mit Wälzanker. Gemäss der Erfindung besitzt der die Erregerwicklung tragende U-förmige Kern annähernd gleiche Breite wie der An ker, und es ist die Stirnfläche des einen Schenkels dieses Kernes als Wälzfläche für den Anker ausgebildet, während der andere Schenkel den einen Pol des Magnetes bildet.
Durch diese Ausgestaltung des Kernes eines Elektromagnetes mit Wälzanker kann ein praktisch widerstandsloser Rückschluss der magnetischen Kraftlinien über die Wälz- fläche herbeigeführt werden, der es ermög licht, dass mit geringer elektrischer Erregung eine grosse magnetische Kraft erzielt wird.
Der Elektromagnet kann daher mit einer kleinen Erregungswicklung erregt werden, die es möglich macht, das Ende der magneti schen Wälzfläche so nahe an den den einen Pol bildenden Schenkel heranzurücken, dass auch bei Einhaltung eines vorbeschriebenen Übersetzungsbereiches für den Anker die Wälzfläche nur eine geringe Länge aufweist. Hierdurch kann die Masse des Ankers gegen über bisherigen Ausbildungen herabgesetzt werden, so dass das bewegte System nur geringe Trägheit besitzt, und in schneller Folge geschaltet werden kann.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfin dung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen mit Wälzanker ausgerüsteten Antriebsmagneten für die schrittweise Fort schaltung eines drehbaren Systemes in Sei tenansicht, Fig. 2 einen Querschitt durch den Elek tromagneten und Wälzanker, Fig. 3 eine Ansicht des Eisenkreises des Elektromagnetes, Fig. 4 und 5 den Anker des Elektro magnetes in zwei verschiedenen Arbeits stellung, Fig. 6 bis 8 drei andere Ausführungsfor men für den Kern des Elektromagnetes.
Bei den in den Fig. 1. bis 3 dargestellten Ausführungsformen ist der Kern 11 des Elektromagnetes U-förmig gestaltet. Auf den Schenkel 12 ist die Erregerspule 43 aufge schoben. Das freie Ende dieses Schenkels bil det den einen Pol des Magnetes. Der zweite Schenkel 13 des Kernes 11 besitzt an seinem freien Ende eine Wälzfläche für den Anker 14. Der Kern 11 besitzt annähernd die gleiche Breite wie der Anker 14, so dass der Anker über seine ganze Breite auf der Wälz- fläche des Schenkels 13 liegt.
Hierdurch wird in jeder Stellung des Ankers ein guter Übertritt der magnetischen Kraftlinien von dem Kern 11 auf den Anker 14 gewährlei stet, so dass nur ein Luftspalt in dem gesam ten Eisenkreis zwischen dem Pol des Schen kels 1.2 und dem Anker 14 besteht. Die Stirn fläche des Schenkels 12 liegt in einer an die Wälzfläche gelegten Tangentialebene. Die Spule 1.3 ist als selbstständiges Bau element auf einen Spulenträger gewickelt, welcher auf den Schenkel 12 des Kernes 1.1 aufgeschoben wird. Hierbei sitzt die Spule auf dem Verbindungsstück der beiden Schen kel 12 und 13 des Kernes 11 auf. Dieses Ver bindungsstück des Kernes 11 ist über den Sehenkel 12 hinaus verlängert, so dass eine Sitzfläche<B>15</B> entsteht, an welcher sich die Spule ebenfalls abstützt.
Diese Verlängerung des Kernes bewirkt zugleich eine Vergrösse rung des Eisenquerschnittes an dem Fuss des Schenkels 12, durch welche ein Austritt magnetischer Kraftlinien weitgehend verhin dert wird.
Die Länge der Wälzfläche des Schenkels 13 in Richtung der Ankerlängsachse beträgt ein Vielfaches der Länge der Stirnfläche des Pols 1 2 in dieser Richtung, d. h. also der Dicke des Schenkels 12. Die Abmessungen und die Ausgestaltung der Wälzfläche wer den bestimmt durch den Weg, den der Last arm 16 des Ankers 14 zurücklegen muss und den Übersetzungsbereich, der hierbei in An passung an die auf den Lastarm einwirken den Gegenkräfte von dem Anker zu durch laufen ist.
Da sich während der Anzugs bewegung die Auflagelinie des Ankers 14 auf der Wälzfläche des Schenkels 13 ständig nach dem Schenkel 12 zu verschiebt, wird,der Kraftarm stetig verkürzt und der Lastarm stetig vergrössert. In dem angezogenen Zu stand tritt somit das grösste Übersetzungs verhältnis zwischen Kraftarm und Lastarm auf. Damit die Gesamtausmasse des Anker systems innerhalb praktisch v erwertbarer Grenzen gehalten werden können, muss die Länge des Kraftarmes in angezogenem Zu stand des Ankers möglichst klein gehalten werden.
Der Lastarm 16 trägt eine Stossklinke 17 (Fig. 1), welche in die Zähne eines Schalt rades eingreift. Das Schaltrad 18 treibt ein beliebiges drehbewegliches System an. Statt der Fortschaltung eines drehbeweglichen Schaltrades könnte in gleicher Weise auch die Fortschaltung einer verschiebbaren Zahn stange oder dergl. bewirkt werden. Am Ende der Anzugsbewegung des Ankers 14 stösst die Klinke 17 gegen einen ortsfesten, gege benenfalls einstellbar befestigten Anschlag 19.
Durch die Einstellung dieses Anschlages ist es möglich, ein Aufschlagen des Ankers auf den Schenkel 12 auszuschliessen.
An dem Lastarm greift eine Feder 20 an, welche bei Abschaltung der Erregung den Anker in die Ruhelage zurückzieht, in der sich der Anker an einem ortsfesten, gege benenfalls einstellbar befestigten Anschlag 21 abstützt. Der Angriffspunkt der Feder 20 an dem Lastarm kann verändert werden. Zu diesem Zweck sind in dem U-förmig ge bildeten Lastarm 16 mehrere Löcher 22 vor gesehen, in welche ein Aufhängebolzen für die Feder eingesetzt werden kann. Um eine Veränderung des Angriffspunktes der Rück stellfeder 20 ohne Veränderung der Feder spannung zu ermöglichen, sind in den ent sprechenden Abständen an einem mit dem gern 11 verbundenen Träger 23 ebenfalls Löcher für die Aufhängung der Feder vor gesehen.
Die Veränderung der Aufhängung der Feder bewirkt eine Veränderung der auf den Anker einwirkenden Rückstellkraft nach Massgabe des von dem -Anker durchlaufenen Übersetzungsbereiches. Hierdurch hat man es in der Hand, auch die Rückstellkraft nicht linear und mit stetig sich änderndem Über setzungsverhältnis auf den Anker einwirken zu lassen.
Eine genaue Anpassung der von dem Lastarm abgegebenen Kraft an die durch das anzutreibende System auftretenden Ge genkräfte wird durch entsprechende Krüm mung der Wälzfläche des Schenkels 13 er zielt. Für den praktischen Betrieb genügt es, die Wälzfläche als Mantelfläche eines Kreiszylinders auszubilden, da die Kreis kurve von der theoretischen Kurve nur um geringe Beträge abweicht. Die Ausbildung als Mantelfläche eines Kreiszylinders hat den Vorteil, dass diese Fläche leicht mit den üb lichen Hilfsmitteln gefräst und geschliffen werden kann.
Um den Anker 14 auf der Wälzfläche zu halten, trägt der Anker im Bereich der Wälzfläche eine Achse 24. An dem Schenkel 13 des Kernes 11 sind zwei den Anker seit lich greifende Lagerschilder 25 befestigt, welche je eine Öffnung für die Achse 24 besitzen. Da der Anker sich bei seiner Be wegung auf der Wälzfläche des Schenkels 13 abwälzt, führt jede mit dem Anker ver bundene Achse sowohl eine Bewegung in Längsrichtung wie eine lotrechte Bewegung aus. Diese Bewegungen werden am kleinsten, wenn die Lagerstelle in die Wälzfläche ge legt wird.
Zu diesem Zweck wäre es jedoch erforderlich, an dem Anker seitliche Rippen vorzusehen, welche Lagerzapfen oder Löcher tragen. Da diese Lappen über die Auflage fläche des Ankers herausragen, erschweren sie die Bearbeitung des Ankers, beispiels weise das Einschleifen der Auflagefläche. Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Aus- führungsform. ist aus diesem Grunde die Lagerstelle soweit nach oben gelegt, dass die Achse 24 den Anker durchdringt. An Stelle einer durchgehenden Achse könnten auch Zapfen oder Löcher in den äussersten Anker blechen vorgesehen sein.
Bei dieser Anord nung der Lagerung wird das Ausmass der Bewegung in Längsrichtung und der ver tikalen Bewegung grösser, als bei der theore tisch günstigsten Anordnung. Trotzdem sind diese Bewegungen so gering, dass ein Spiel von wenigen zehntel Millimeter zwischen Achse oder Zapfen und Lagerloch genügt, um das richtige Abwälzen des Ankers sicher zustellen. Die Anwendung einer derartigen Achs- oder Zapfenlagerung hat den Vorteil, dass der Anker in jeder Lage unter der Ein wirkung der Rückzugfeder auf der Wälz- fläche gehalten wird.
Die Lagerschilder 25 besitzen die gleiche Breite wie der Schenkel 13 des Kernes 11. Hierdurch wird zugleich eine seitliche Führung des Ankers erzielt. Zweckmässig sind die Lagerschilder ebenfalls aus magnetisch leitendem Material, z. B. aus Eisen, gebildet, so dass auch über die Lager schilder ein Rückschluss der magnetischen Kraftlinien erfolgt. Sowohl der Kern 11 wie der Anker 14 werden zweckmässig aus lamel- liertem Eisen gebildet. Es genügt jedoch eine Unterteilung in Blechstärken von etwa 1 bis 2 mm Stärke, um ein schnelles Arbeiten zu erzielen.
Da bei einer Fortschaltung mittels Klinke und Zahnrad stets im abgefallenen Zustand des Ankers eine Leerlaufstrecke für den Ein griff der Schaltklinke vorgesehen sein muss, tritt am Anfang der Anzugsbewegung des Ankers nur ein geringer Kraftbedarf auf. Diese Kraft kann auch bei einer Kippbewe- gung des Ankers aufgebracht werden, so dass es nicht erforderlich ist, die Länge der Wälz- fläche entsprechend dem gesamten Weg des Lastarmes zu bemessen.
Bei den in Fig. 4 und 5 schematisch dargestellten Ausfüh rungsformen kippt der Anker 26 um die Ab laufkante der Wälzfläche des Schenkels 27, bis er auf einen feststehenden Anschlag 28 stösst, der diese Bewegung begrenzt.
In der Ruhelage steht die Schaltklinke 29 um die Leerlaufstrecke vor dem nächsten Zahn 30 des Schaltrades. Wird der Elektro- magnet sodann erregt, dann kippt der Anker um die Ablaufkante der Wälzfläche, bis die Klinke 29 gegen die Flanke des Schaltzahnes 30 stösst. Kurz vor dieser Stellung tangiert der Anker die Wälzfläche, so dass die wei tere Bewegung, während der das Schaltrad fortgeschaltet wird, unter stetiger Änderung der Übersetzung zwischen Lastarm und Kraftarm stattfindet.
Die Fig. 6 und 7 zeigen zwei eitere Ausbildungsmöglichkeiten des grundsätzlich U-förmig gestalteten Kernes, die es ermög lichen, unter weitgehender Ersparnis von Eisen eine grosse Wälzfläche vorzusehen. Für die Ausgestaltung des breiten, die Wälz- fläche aufweisenden Schenkels des Kernes ist stets massgebend, dass die magnetischen Kraft linien auf einem geometrisch kürzesten Weg von dem Polschenkel 31 zu der Wälzfläche 32 gelangen können. Bei der in Fig. 6 gezeig ten Ausführungsform ist der Schenkel mit der Wälzfläche 32 deshalb sektorförmig ge staltet. Er besitzt zur Materialersparnis eine Aussparung 33, die zugleich zur Befestigung dient.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausfüh rungsform ist der Kern entsprechend einem gut zieh- oder wälzbaren Profil gestaltet, so dass er aus scheibenförmigen Abschnitten eines entsprechend profilierten Stabeisens gebildet werden kann. Die Aussparung 34 dient zur Befestigung. Die beiden in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen er möglichen wie die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Ausführungsform die Verwendung von selbständig gewickelten Spulen. die leicht aufgebracht werden können.
Um die Ausmessungen des Ankers mög lichst klein halten zu können, sind bei der in Fig. 8 gezeigten Ausfi:ihrungsform die Enden der Schenkel des U-förmigen Kernes nach innen verlängert, so dass sie die Spule 35 teilweise übergreifen. Die Spule 35 sitzt auf dem Verbindungsstück 36, zwischen dem den einen Pol bildenden Schenkel 37 und dem die Wälzfläche tragenden Schenkel 38. Bei die ser Anordnung muss die Spule auf den Kern aufgewickelt werden oder der Kern wird zweiteilig ausgebildet und nach Art der Eisenkreise von Transformatoren geschichtet.