DE102017124196A1

DE102017124196A1 - Electromagnet with permanent magnet

Info

Publication number: DE102017124196A1
Application number: DE102017124196.5A
Authority: DE
Inventors: Ralf Raupold
Original assignee: SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einer Spule, die Wicklungen von mit elektrischen Strom beaufschlagbaren Draht trägt. Die Spule umgibt zumindest teilweise einen Ankerraum, in dem ein Anker entlang einer Ankerbewegungsrichtung beweglich gelagert ist. Der Ankerraum ist stirnseitig von einem Kern begrenzt, wobei sich zwischen dem Kern und dem Anker zumindest in einer Stellung des Ankers im Ankerraum ein Luftspalt ausbildet und der Kern einen Permanentmagneten aufweist, der den Anker in einem unbestromten Zustand der Spule am Kern hält.

The invention relates to an electromagnet with a coil that carries windings of acted upon by electric current wire. The coil at least partially surrounds an armature space in which an armature is movably mounted along an armature movement direction. The armature space is frontally bounded by a core, wherein an air gap is formed between the core and the armature at least in a position of the armature in the armature space and the core has a permanent magnet which holds the armature in a de-energized state of the coil at the core.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einer Spule, die Wicklungen von mit elektrischen Strom beaufschlagbarem Draht trägt, und die Spule zumindest teilweise einen Ankerraum umgibt, in dem ein Anker entlang einer Ankerbewegungsrichtung beweglich gelagert ist und der Ankerraum stirnseitig (insbesondere bezogen auf die Ankerbewegungsrichtung) von einem Kern begrenzt ist, wobei sich zwischen dem Kern und dem Anker zumindest in einer Stellung des Ankers im Ankerraum ein Luftspalt ausbildet und der Kern einen Permanentmagneten aufweist, der den Anker in einem unbestromten Zustand der Spule am Kern hält.The invention relates to an electromagnet having a coil which carries windings of wire which can be acted upon by electric current, and the coil at least partially surrounds an armature space in which an armature is movably mounted along an armature movement direction and the armature space is frontally (in particular with respect to the armature movement direction) of is limited to a core, wherein at least in a position of the armature in the armature space, an air gap is formed between the core and the armature and the core has a permanent magnet which holds the armature in a de-energized state of the coil on the core.

Die eingangs beschriebenen Elektromagneten werden bevorzugt in Anwendungen mit bistabilen Schaltfunktionen eingesetzt. Es handelt sich hierbei um Anwendungen, bei welchen der Anker, als bewegliches Element des Elektromagneten, in seinen jeweiligen Endlagen durch geeignete Mittel stromlos gehalten ist. Hierzu ist es bekannt einen Permanentmagneten im Kern vorzusehen, der axial, also parallel zur Ankerbewegungsrichtung polarisiert ist. Erreicht der Anker die Position im Ankerraum, an welchen der Permanentmagnet im Kern angeordnet ist, so halten die Magnetkräfte des Permanentmagneten den Anker in dieser Lage und der elektrische Strom durch die Spule kann abgeschaltet werden.The electromagnets described above are preferably used in applications with bistable switching functions. These are applications in which the armature, as a movable element of the electromagnet, is kept currentless in its respective end positions by suitable means. For this purpose, it is known to provide a permanent magnet in the core, which is polarized axially, ie parallel to the armature movement direction. When the armature reaches the position in the armature space at which the permanent magnet is arranged in the core, the magnetic forces of the permanent magnet hold the armature in this position and the electrical current through the coil can be switched off.

Um den Anker in einer weiteren, zweiten Lage zu halten ist ein zweites Kraftelement vorgesehen, dass beliebig ausgestaltbar ist und auch gewährleistet, dass der Anker stromlos in dieser 2. Position gehalten ist. Es sei bemerkt, dass es natürlich auch Anwendungen gibt, bei welchen der Anker in mehr als nur zwei Positionen stromlos stabil gehalten wird.In order to hold the armature in a further, second position, a second force element is provided which can be configured as desired and also ensures that the armature is held in this second position without current. It should be noted that, of course, there are also applications in which the armature is kept currentless stable in more than two positions.

In 5b der Zeichnung dieser Anmeldung ist die Kraft-Hub Charakteristik eines gattungsgemäßen Elektromagneten nach dem Stande der Technik gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 14 ist die Kennlinien gezeigt, bei welchen die Spule ein Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien parallel zu den Magnetfeldlinien des Permanentmagneten orientiert sind. Der Anker wird angezogen.In 5b The drawing of this application, the force-stroke characteristics of a generic electromagnet according to the prior art is shown. With the reference number 14 the characteristics are shown in which the coil generates a magnetic field whose magnetic field lines are oriented parallel to the magnetic field lines of the permanent magnet. The anchor is tightened.

Die Kennlinie 16 zeigt den Fall, wo die Spule nicht bestromt ist und der ankerstromlos in den jeweiligen Endlagen gehalten ist.The characteristic 16 shows the case where the coil is de-energized and the Ankerstromlos held in the respective end positions.

Aufgrund des Konstruktionsprinzips im Stand der Technik sind die beiden Kennlinien nicht unabhängig voneinander einstellbar.Due to the design principle in the prior art, the two characteristics are not independently adjustable.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht diesen Stand der Technik zu verbessern und insbesondere eine Lösung vorzuschlagen, die es erlaubt, dass die Charakteristik eines solchen Elektromagneten bezüglich des Zustandes Spule bestromt und des Zustandes Spule unbestromt möglichst voneinander entkoppelt einstellbar ist.The invention has set itself the task to improve this state of the art and in particular to propose a solution that allows the characteristic of such an electromagnet with respect to the state coil energized and the state coil energized as possible decoupled from each other is adjustable.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Elektromagneten wie eingangs beschrieben und schlägt vor, dass der Permanentmagnet dem Luftspalt zugewandt ist und diesen begrenzt.To solve this problem, the invention is based on an electromagnet as described above and suggests that the permanent magnet faces the air gap and limits it.

Im Stand der Technik war es üblich den Permanentmagneten im Kern einzubauen. Somit war der Permanentmagnet beidseitig (bezogen auf die Ankerbewegungsrichtung bzw. seine Polarisierung) von weichmagnetischen Material umgeben, das eine bekanntermaßen gute Führung der Magnetfeldlinien ergibt. Dadurch war auch der Ankerraum stirnseitig, dem Kern zugewandt, von einem weichmagnetischen Material begrenzt.In the prior art it was customary to install the permanent magnet in the core. Thus, the permanent magnet was surrounded on both sides (based on the armature movement direction or its polarization) of soft magnetic material, which gives a known good guidance of the magnetic field lines. As a result, the armature space was the end face, facing the core, limited by a soft magnetic material.

Der Pfiff der Erfindung liegt darin, dass nunmehr der Permanentmagnet unmittelbar dem Luftspalt bzw. dem Ankerraum zugewandt ist und diesen kernseitig begrenzt. Dieser Vorschlag führt zunächst eigentlich zu einem Widerspruch, da durch die endseitige Anordnung des Permanentmagneten im Kern der Permanentmagnet kurzgeschlossen wird, also ein Großteil oder alle seine Magnetfeldlinien in nächster Umgebung des Permanentmagneten geschlossen werden und nicht im Eisenkreis des Elektromagneten, wie nach dem Stande der Technik, geführt sind. Dieser magnetische Kurzschluss führt eigentlich zu einem schlechten magnetischen Wirkungsgrad, der hier überraschenderweise aber keine Rolle spielt! Die Wirkung des Permanentmagneten wird eigentlich nur in der Situation benötigt, wo sich der Anker am Kern befindet, um diesen dort zu halten. Die Kraftwirkung des Permanentmagneten in der Anordnung nach der Erfindung ist dabei exponentiell fallend bezüglich des Abstandes des Ankers von dem durch den Permanentmagnet gebildeten Ankerraumboden und insbesondere unabhängig von der genauen Ausgestaltung des Kernes an dieser Stelle, zum Beispiel der Kerntiefe.The whistle of the invention lies in the fact that now the permanent magnet is directly facing the air gap or the armature space and this limits the core side. This proposal initially leads to a contradiction, since the permanent magnet in the core of the permanent magnet is short-circuited by the end-side arrangement, so a large part or all of its magnetic field lines are closed in the immediate vicinity of the permanent magnet and not in the iron circuit of the electromagnet, as in the prior art , are guided. This magnetic short circuit actually leads to a poor magnetic efficiency, which surprisingly does not matter here! The effect of the permanent magnet is actually needed only in the situation where the anchor is located on the core to hold it there. The force effect of the permanent magnet in the arrangement according to the invention is exponentially decreasing with respect to the distance of the armature from the armature space bottom formed by the permanent magnet and in particular independent of the exact configuration of the core at this point, for example the core depth.

Die Erfindung hat erkannt, dass durch diesen Vorschlag die Wirkung des Permanentmagneten auf die nächste Nähe um dem Permanentmagneten herum begrenzt eingesetzt werden kann und somit dessen Kraftwirkung von der Kraftwirkung der bestromten Spule, die zum Zustand „Anker abgefallen“ benötigt wird, entkoppelt ist.The invention has recognized that this proposal allows the effect of the permanent magnet to be limited to the closest proximity to the permanent magnet and thus its force is decoupled from the force of the energized coil required for the "armature dropped" state.

Bei der Lösung nach dem Stand der Technik ging eine Erhöhung der Anzugskraft, zum Beispiel durch eine Anpassung der Kerntiefe, mit einer Verringerung der Schließkraft im Zustand „Anker abgefallen“ einher. Diese Kopplung ist nunmehr mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag aufgehoben, es kann eine erhöhte Anzugskraft realisiert werden, bei gleichbleibender Schließkraft im Zustand „Anker abgefallen“.In the solution according to the prior art, an increase in the tightening force, for example due to an adjustment of the core depth, was accompanied by a reduction in the closing force in the "anchor dropped" state. This coupling is now repealed with the proposal according to the invention, it can be realized an increased tightening force at constant closing force in the state "anchor dropped".

Die Erfindung erreicht, dass nunmehr das Magnetfeld des Permanentmagneten unabhängig vom Magnetfeld der Spule einstellbar und anpassbar ist. Damit kann der erfindungsgemäße Elektromagnet an die verschiedenen Halteaufgaben in seinen Endlagen optimal angepasst werden.The invention achieves that now the magnetic field of the permanent magnet is independent of the magnetic field of the coil adjustable and adjustable. Thus, the electromagnet according to the invention can be optimally adapted to the various holding tasks in its end positions.

Des Weiteren ist in dem Vorschlag vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Kern, dem Ankerraum zugewandt, einen Ring trägt bzw. aufweist. Durch die Anordnung des Ringes ist es möglich eine topfartige Kernstruktur zu realisieren, durch die insbesondere das Anzugsverhalten des Ankers bei Bestromung der Spule eingestellt werden kann. Diese topfartige Struktur bildet dann zumindest einen Teil des Ankerraumes.Furthermore, it is advantageously provided in the proposal that the core, facing the armature space, carries or has a ring. The arrangement of the ring, it is possible to realize a pot-like core structure, in particular by the tightening behavior of the armature can be adjusted when energizing the coil. This pot-like structure then forms at least part of the anchor space.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Vorschlags ist vorgesehen, dass der Ring den Permanentmagneten seitlich umschließt. Vorzugsweise besteht der Ring, wie auch der übrige Kern, aus weichmagnetischem Material. Geschickter Weise wird durch diesen Vorschlag der Permanentmagnet rückseitig und seitlich in weichmagnetisches Material eingebettet, nur die Oberseite, die im eingebauten Zustand dem Ankerraum zugewandt ist, ist nicht von einem Material, das die Magnetfeldlinien gut führt, bedeckt. Der Permanentmagnet schließt unmittelbar an den Luftspalt bzw. Ankerraum an. Der seitliche Ring, der je nach Ausgestaltung mit der dem Ankerraum zugewandten Oberfläche des Permanentmagneten abschließen, oder über diesen in Ankerbewegungsrichtung vorstehen kann, schließt die Magnetfeldlinien des Permanentmagneten in unmittelbarer Nähe des Permanentmagneten in effektiver Weise kurz und verstärkt so den Effekt der Erfindung.In a preferred embodiment of the proposal, it is provided that the ring surrounds the permanent magnet laterally. Preferably, the ring, as well as the rest of the core, made of soft magnetic material. Clever way is embedded by this proposal, the permanent magnet back and side in soft magnetic material, only the top, which faces the armature space in the installed state, is not covered by a material that guides the magnetic field lines well. The permanent magnet connects directly to the air gap or armature space. Depending on the configuration, the lateral ring, which can terminate with the surface of the permanent magnet facing the armature space, or project beyond it in the armature movement direction, effectively short-circuits the magnetic field lines of the permanent magnet in the immediate vicinity of the permanent magnet and thus enhances the effect of the invention.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Ring an seinen dem Kern abgewandten Ende einen Steuerkonus aufweist. Die Anordnung eines Steuerkonus auf dem Ring des Kernes ist bei Elektromagneten ein bekanntes Konstruktionsdetail. Durch die Gestaltung des Konusses ist es möglich den Verlauf der Kennlinie, also die Bewegung des Ankers einzustellen.Furthermore, it is provided that the ring has a control cone at its end facing away from the core. The arrangement of a control cone on the ring of the core is a well-known design detail for electromagnets. Due to the design of the cone, it is possible to adjust the curve of the characteristic curve, ie the movement of the armature.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens ein Großteil der den Permanentmagneten umgebenden Magnetfeldlinien sowohl im abgefallenen Zustand des Ankers, wie auch im angezogenen Zustand des Ankers über den Ring geschlossen wird. Der Kurzschluss der Magnetfeldlinien des Permanentmagneten erfolgt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung auch ohne Anwesenheit des Ringes. Die Anwesenheit des Ringes verstärkt aber diesen Effekt und erlaubt es diesen auch entsprechend den gewünschten Erfordernissen des Elektromagneten zu optimieren, in dem die Gestaltung des Rings variiert wird.In an advantageous embodiment, it is provided that at least a majority of the magnetic field lines surrounding the permanent magnet is closed both in the fallen state of the armature, as well as in the attracted state of the armature via the ring. The short circuit of the magnetic field lines of the permanent magnet takes place in the embodiment according to the invention without the presence of the ring. However, the presence of the ring enhances this effect and also allows it to be optimized according to the desired requirements of the electromagnet, in which the design of the ring is varied.

Geschickter Weise ist vorgesehen, dass der Ring, insbesondere auch der Steuerkonus, aus weichmagnetischen Werkstoff besteht. Weichmagnetische Werkstoffe sind gekennzeichnet durch eine leichte Magnetisierbarkeit, die sich in einer kleinen Koerzitivfeldstärke ausdrückt. Weichmagnetische Werkstoffe sind zum Beispiel Legierungen auf Basis Eisen, Nickel und Cobalt u. a. Zusätzen, jeweils in kristalliner, amorpher oder nanokristalliner Form.Clever way is provided that the ring, in particular also the control cone, consists of soft magnetic material. Soft magnetic materials are characterized by an easy magnetizability, which is expressed in a small coercive force. Soft magnetic materials are for example alloys based on iron, nickel and cobalt u. a. Additives, in each case in crystalline, amorphous or nanocrystalline form.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Prallkörper vorgesehen ist, der ein Aufschlagen des Ankers auf dem Permanentmagneten verhindert, wenn die Spule bestromt ist. Primäre Aufgabe des Prallkörpers ist es den Permanentmagneten zu schützen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist der Permanentmagnet direkt dem Ankerraum bzw. dem (Arbeits-) Luftspalt zugewandt und auf dessen Oberfläche hin wird, bei entsprechender Bestromung der Spule, der Anker beschleunigt. Oftmals besteht der Permanentmagnet aus kristallinem Material, und ein andauerndes Aufschlagen des ungebremsten Ankers würde dauerhaft den Permanentmagneten beschädigen oder gar zerstören. Es ist daher günstig zum Schutz des Permanentmagneten einen Prallkörper vorzusehen. Für dessen Ausgestaltung werden nachfolgend mehrere Varianten vorgeschlagen, diese Liste ist sicherlich nicht abschließend.In a further preferred embodiment, it is provided that a baffle body is provided which prevents the armature from being impacted on the permanent magnet when the coil is energized. The primary task of the impact body is to protect the permanent magnet. According to the proposal of the invention, the permanent magnet is directly facing the armature space or the (working) air gap and on its surface is, with appropriate energization of the coil, the anchor accelerated. Often, the permanent magnet is made of a crystalline material, and continued impact of the unbraked armature would permanently damage or even destroy the permanent magnet. It is therefore advantageous to provide a baffle to protect the permanent magnet. For its configuration, several variants are proposed below, this list is certainly not exhaustive.

Als erstes Beispiel ist vorgesehen, dass der Prallkörper als unmagnetische Prallscheibe ausgebildet ist, die zwischen dem Permanentmagneten und dem Anker angeordnet ist. Bevorzugter Weise ist die Scheibe zum Beispiel aus einem elastischen Material (zum Beispiel Kunststoff, Silikon, Kautschuk oder ähnlichem) gebildet, dessen Elastizität dazu dient, die Bewegungsenergie des aufprallenden Ankers zu kompensieren.As a first example, it is provided that the impact body is designed as a non-magnetic baffle plate, which is arranged between the permanent magnet and the armature. For example, the disc is preferably formed of an elastic material (for example, plastic, silicone, rubber, or the like) whose elasticity serves to compensate for the kinetic energy of the impacting armature.

Als weiteres Beispiel ist vorgesehen, dass der Prallkörper eine Prallfläche aufweist, die zumindest teilweise in axialer Richtung, bezogen auf die Ankerbewegungsrichtung, über den Permanentmagneten in den Ankerraum vorsteht. Die Prallfläche ist dabei so orientiert, dass diese von dem abzubremsenden Anker zuerst oder ausschließlich getroffen wird und so der Permanentmagnet geschützt ist. Daneben ist es auch möglich im Ankerraum, zum Beispiel in der seitlichen Wandung des Ankerraums (den zylindrischen Innenflächen) eine Dämpfungseinrichtung vorzusehen, die in geeigneter Weise den Anker bremst und wie ein Prallkörper wirkt.As a further example, it is provided that the impact body has a baffle surface which projects at least partially in the axial direction, relative to the armature movement direction, via the permanent magnet into the armature space. The baffle is oriented so that it is hit by the armature braked first or exclusively and so the permanent magnet is protected. In addition, it is also possible in the armature space, for example, in the lateral wall of the armature space (the cylindrical inner surfaces) to provide a damping device which brakes the anchor in a suitable manner and acts as a baffle.

Diese Dämpfung- oder Bremseinrichtung sind insofern gleichwirkend zu dem Prallkörper.This damping or braking device are the same effect to the impact body.

Des Weiteren ist günstiger Weise vorgesehen, dass ein zweites Kraftelement am, im oder außerhalb des Ankerraumes vorgesehen ist, das auf den Anker wirkt, und die Wirkrichtungen des Permanentmagneten und des zweiten Kraftelementes entgegengesetzt sind. Furthermore, it is advantageously provided that a second force element is provided on, in or outside of the armature space, which acts on the armature, and the effective directions of the permanent magnet and the second force element are opposite.

Der erfindungsgemäße Vorschlag bezieht sich insbesondere auf einen bistabilen Elektromagneten, d.h. einen Elektromagneten, dessen Anker zum Beispiel in zwei Stellungen stabil, insbesondere ohne Stromaufnahme, gehalten ist. Geschickter Weise wird daher ein weiteres, zweites Kraftelement vorgesehen, dass den Anker in einer zweiten Lage stabil hält. Es sei an dieser Stelle auch bemerkt, dass die eingangs vorgestellte Erfindung nicht nur beschränkt auf bistabile Elektromagneten anwendbar ist, sondern es sich hier um ein entsprechendes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel handelt.The proposal according to the invention relates in particular to a bistable electromagnet, i. an electromagnet whose armature is held stable, for example, in two positions, in particular without power consumption. Cleverly, therefore, a further, second force element is provided which keeps the armature stable in a second position. It should also be noted at this point that the invention presented at the outset is not limited to bistable electromagnets, but that this is a corresponding, preferred embodiment.

Gemäß dem Vorschlag kann das zweite Kraftelement am oder im Ankerraum angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das zweite Kraftelement zum Beispiel als Rückstellfeder ausgebildet. Es ist aber auch möglich, anstelle einer Rückstellfeder zum Beispiel einen weiteren Magneten, insbesondere Permanentmagneten als zweites Kraftelement einzusetzen, das den Anker in der zweiten Stellung entsprechend stabil hält.According to the proposal, the second force element may be arranged on or in the armature space. In a preferred embodiment, the second force element is designed, for example, as a return spring. But it is also possible to use instead of a return spring, for example, another magnet, in particular permanent magnet as the second force element, which holds the anchor in the second position accordingly stable.

Gemäß dem Vorschlag wird aber auch vorgesehen, dass das zweite Kraftelement außerhalb des Ankerraumes angeordnet ist und von dort über geeignete Mittel auf den Anker wirkt. So ist zum Beispiel vorgesehen, dass in dem Kern (der den Permanentmagneten umfasst) eine Durchgangsbohrung vorgesehen ist, die einen Stößel aufnimmt, der auf den Anker wirkt und der Stößel von einem zweiten Kraftelement, zum Beispiel einen separaten Feder, (Elektro-) Magneten, Stellantrieb oder ähnlichen betätigt wird. Die Anordnung kann dabei bezogen auf die Ankerbewegungsrichtung zu diesem axial oder auch schräg bzw. seitlich hierzu ausgeführt sein. Natürlich ist es möglich, auch auf der dem Kern abgewandten Seite (üblicherweise befindet sich dort in einer Durchgangsbohrung die Ankerstange, die die Bewegung des Ankers auf ein entsprechend außerhalb liegendes Element überträgt) das zweite Kraftelement vorzusehen. Es ist natürlich auch möglich, dass das zweite Kraftelement an der Ankerstange bzw. dem von dem Anker bzw. Ankerstange betätigten Element angreift. All diese Lösungen sind hierzu gleichwertig.According to the proposal, however, it is also provided that the second force element is arranged outside the armature space and from there acts on the armature via suitable means. For example, it is provided that in the core (which includes the permanent magnet), a through hole is provided which receives a plunger which acts on the armature and the plunger of a second force element, for example a separate spring, (electric) magnet , Actuator or similar is operated. The arrangement can be carried out with respect to the armature movement direction to this axially or obliquely or laterally thereto. Of course, it is also possible to provide the second force element on the side facing away from the core (usually there is the anchor rod in a through hole, which transmits the movement of the armature to a corresponding outlying element). Of course, it is also possible for the second force element to act on the anchor rod or the element actuated by the anchor or anchor rod. All these solutions are equivalent to this.

Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass ein Abstützlager für das zweite Kraftelement vorgesehen ist. Das Abstützlager befindet sich dabei in geeigneter Weise im Elektromagneten, und ist so ausgebildet, die auftretenden Kräfte entsprechend aufzunehmen. Geschickter Weise ist die Anordnung dabei zum Beispiel so gewählt, dass diese Reaktionskräfte unmittelbar über die Befestigung des Elektromagneten in die Aufnahme oder Konstruktion, in die der Elektromagnet eingebunden ist, abgeleitet wird. Dadurch wird die mechanische Belastung des Elektromagneten verringert. Durch die Anordnung eines separaten Abstützlagers wird dabei insbesondere der Permanentmagnet nicht zusätzlich mechanisch belastet, was günstig ist.Advantageously, it is provided that a support bearing is provided for the second force element. The support bearing is in a suitable manner in the electromagnet, and is designed to absorb the forces occurring accordingly. Cleverly, the arrangement is chosen, for example, such that these reaction forces are derived directly via the fastening of the electromagnet into the receptacle or construction in which the electromagnet is integrated. This reduces the mechanical load on the electromagnet. Due to the arrangement of a separate support bearing, in particular the permanent magnet is not additionally mechanically stressed, which is favorable.

Alternativ ist es aber auch möglich, dass sich das zweite Kraftelement auf oder in dem Permanentmagneten abstützt. Eine solche Ausgestaltung spart Platz. Sie kann insbesondere eingesetzt werden, wenn die mechanischen Belastungen für das eingesetzte Material des Permanentmagneten gering sind.Alternatively, it is also possible that the second force element is supported on or in the permanent magnet. Such a design saves space. It can be used in particular if the mechanical loads for the material used of the permanent magnet are low.

Des Weiteren ist in dem Vorschlag vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Prallkörper auch als Abstützlager dient. Der Prallkörper hat somit eine Doppelfunktion, dies spart Bauteile und auch Platz.Furthermore, it is advantageously provided in the proposal that the impact body also serves as a support bearing. The impact body thus has a dual function, this saves components and space.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Vorschlags ist vorgesehen, dass der Anker durch den Permanentmagneten einerseits und dem zweiten Kraftelement andererseits in jeweilig unterschiedlichen Ankerpositionen im Ankerraum stromlos gehalten ist, und eine Bestromung der Spule dazu führt, dass der Anker das Kraftfeld des Permanentmagneten bzw. des zweiten Kraftelementes in der jeweiligen Position überwindet und aus diesem gelangt, bis der Anker in das Kraftfeld des zweiten Kraftelementes oder des Permanentmagneten in der jeweilig anderen Position gelangt und dort gehalten wird.In a preferred embodiment of the proposal, it is provided that the armature by the permanent magnet on the one hand and the second force element on the other hand is kept de-energized in respective different armature positions in the armature space, and energizing the coil causes the armature, the force field of the permanent magnet and the second Force element overcomes in the respective position and passes from this until the armature gets into the force field of the second force element or the permanent magnet in the respective other position and held there.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass zwischen der Spule und dem Ankerraum ein Polrohr vorgesehen ist. Der Einsatz eines Polrohres, das zum Beispiel als Abschnitt einer Profilware vorgesehen ist, ist hinlänglich bekannt. Das Polrohr wird in geeigneter Weise zu dem Kern, insbesondere zu dem Ring angeordnet oder mit diesen verbunden, wie es nachfolgend beispielsweise beschrieben wird. Die Ausgestaltung des Polrohres ist auch von Interesse für die magnetischen Eigenschaften des Elektromagneten, gerade im Zusammenwirken mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag, wo der Permanentmagnet an spezieller Stelle eingesetzt wird und dadurch seine magnetischen Eigenschaften entsprechend vorteilhaft genutzt werden.Furthermore, it is provided that a pole tube is provided between the coil and the armature space. The use of a pole tube, which is provided for example as a section of a profiled goods, is well known. The pole tube is suitably arranged or connected to the core, in particular to the ring, as will be described below, for example. The design of the pole tube is also of interest for the magnetic properties of the electromagnet, especially in cooperation with the proposal according to the invention, where the permanent magnet is used at a special location and thus its magnetic properties are used advantageously advantageous.

Es ist dabei gefunden worden, dass es günstig ist, dafür zu sorgen, dass die Magnetfeldlinien des Permanentmagneten möglichst effektiv kurzgeschlossen werden, also nicht in den Eisenkreis des Elektromagneten eingekoppelt werden, der insbesondere bei einer Bestromung der Spule die Bewegung des Ankers unterstützt. Die folgenden Vorschläge stellen daher bevorzugt darauf ab, gegebenenfalls einerseits eine stabile mechanische Verbindung mit dem Kern herzustellen aber andererseits einen verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstand vorzusehen, um so den erfindungsgemäß Effekt zu unterstützen und zu optimieren.It has been found that it is advantageous to ensure that the magnetic field lines of the permanent magnet are shorted as effectively as possible, so are not coupled into the iron circuit of the electromagnet, which supports the movement of the armature in particular during energization of the coil. The following proposals are therefore preferably from, on the one hand a stable mechanical connection with to produce the core but on the other hand to provide a relatively high magnetic resistance, so as to support the inventive effect and to optimize.

So ist zunächst vorgesehen, dass in Ankerbewegungsrichtung gesehen das Polrohr von dem Kern, bzw. dem Ring axial beanstandet ist.Thus, it is initially provided that seen in the armature movement direction, the pole tube is axially spaced from the core, or the ring.

Die Beabstandung wirkt wie ein Luftspalt bzw. ein hoher magnetischer Widerstand und erlaubt es, die Feldführung insbesondere der Feldlinien des Permanentmagneten, aber auch die Charakteristik der Wirkung des von der Spule gebildeten Magnetfeldes auf den Anker einzustellen.The spacing acts like an air gap or a high magnetic resistance and makes it possible to set the field guide, in particular the field lines of the permanent magnet, but also the characteristic of the effect of the magnetic field formed by the coil on the armature.

Neben der Ausgestaltung eines Abstandes zwischen dem Polrohr und dem Kern ist alternativ vorgesehen, dass in Ankerbewegungsrichtung gesehen zwischen dem Polrohr und dem Kern, bzw. dem Ring ein unmagnetischer Zwischenring vorgesehen ist. Der Zwischenring ist dabei zum Beispiel mit dem Kern, dem Ring und/oder dem Polrohr verbunden, zum Beispiel verschweißt, verlötet oder verklebt. Der unmagnetische Zwischenring erlaubt so eine mechanische Fixierung und Ausrichtung des Polrohres gegenüber dem Kern, was die Montage erleichtert.In addition to the configuration of a distance between the pole tube and the core is alternatively provided that seen in the armature movement direction between the pole tube and the core, or the ring, a non-magnetic intermediate ring is provided. The intermediate ring is connected to, for example, the core, the ring and / or the pole tube, for example, welded, soldered or glued. The non-magnetic intermediate ring thus allows a mechanical fixation and alignment of the pole tube relative to the core, which facilitates assembly.

Es ist aber zum Beispiel auch vorgesehen, dass der Zwischenring zwischen dem Kern bzw. dem Ring und dem Polrohr eingelegt ist und durch Mittel an dem Spulenkörper (diese sind zum Beispiel auf der Innenseite des Spulenkörpers vorgesehen) axial fixiert ist.However, it is also provided, for example, that the intermediate ring between the core or the ring and the pole tube is inserted and axially fixed by means of the bobbin (these are provided for example on the inside of the bobbin).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in Ankerbewegungsrichtung gesehen das Polrohr mit einen separaten Rohrstück mit dem Kern, bzw. dem Ring verbunden ist. Dieser Vorschlag erlaubt es durch die Auswahl des Materials des separaten Rohrstückes die magnetischen Eigenschaften im Bereich des Kerns bzw. des Permanentmagneten einzustellen. Dabei ist geschickter Weise vorgesehen, dass das Rohrstück auf den Ring bzw. den Kern und/oder auf das Polrohr aufgesteckt oder aufgeschoben ist und so mechanisch verbunden ist. Neben einer flexiblen Beeinflussung (zum Beispiel im Rahmen eines Baukastensystems) der magnetischen Eigenschaften wird durch diesen Vorschlag auch die Montage erheblich erleichtert.In an advantageous embodiment, it is provided that in the armature movement direction, the pole tube is connected to a separate pipe section with the core, or the ring. This proposal makes it possible to adjust the magnetic properties in the region of the core or the permanent magnet by selecting the material of the separate pipe section. It cleverly provided that the pipe section is plugged or pushed onto the ring or the core and / or on the pole tube and is mechanically connected. In addition to a flexible influence (for example in the context of a modular system) of the magnetic properties of this proposal, the assembly is greatly facilitated.

Der Vorschlag umfasst dabei sowohl die Lösung, bei welcher das Rohrstück auf den Kern oder auf den Ring aufgeschoben wird. Bei dem ersten Vorschlag wird auf die Anordnung eines Ringes verzichtet oder aber diese Aufgabe wird von dem Rohrstück erbracht, das dann gegebenenfalls zumindest einen weichmagnetischen Abschnitt aufweist und im übrigen zum Beispiel eher unmagnetisch ausgebildet ist.The proposal includes both the solution in which the pipe section is pushed onto the core or on the ring. In the first proposal is dispensed with the arrangement of a ring or this task is performed by the pipe section, which then optionally has at least one soft-magnetic portion and the rest, for example, is rather non-magnetic.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Ankerbewegungsrichtung gesehen zwischen dem Polrohr und dem Kern, bzw. dem Ring ein magnetischer Stegring vorgesehen ist.In a further preferred embodiment it is provided that seen in the armature movement direction between the pole tube and the core, or the ring, a magnetic web ring is provided.

Der magnetische Stegring besteht vorzugsweise aus weichmagnetischem Material, bevorzugt dem gleichen Material, das zum Beispiel bei der Herstellung des Kerns oder des Polrohrs verwendet wird. Der Vorzug des magnetischen Stegringes liegt darin, dass dieser einstückig mit dem Kern, bzw. dem Ring und/oder dem Polrohr ausgebildet werden kann. Dadurch ist es möglich, die Baugruppe bestehend aus Kern, Polrohr und magnetischen Stegring in einem der Zerspanungsschritt herzustellen und so effektiv und kostengünstig auszuführen.The magnetic land ring is preferably made of soft magnetic material, preferably the same material used, for example, in the manufacture of the core or pole tube. The advantage of the magnetic web ring is that it can be formed integrally with the core, or the ring and / or the pole tube. This makes it possible to produce the assembly consisting of core, pole tube and magnetic web ring in one of the cutting step and so perform effectively and inexpensively.

Der erfindungsgemäße Vorschlag zielt darauf ab für einen effektiven magnetischen Kurzschluss der Magnetfeldlinien des Permanentmagneten zu sorgen. Um dieses Ziel zu erreichen muss der magnetische Widerstand im Eisenkreis der Spule so beeinflusst werden, dass sich der Kurzschluss bevorzugt ausbildet. Es ist daher gefunden worden, dass es günstig ist, falls ein magnetischer Stegring eingesetzt wird, dessen Materialdicke (deutlich) geringer auszubilden wie die des Polrohrs und so eine magnetischen Widerstand zu erzeugen. Vorteilhafter Weise wird dabei eine Materialdicke des magnetischen Stegringes von 5-40 %, bevorzugt von 10-30 %, insbesondere bevorzugt von 15-25 % der Materialdicke des Polrohres eingesetzt. Es ist klar, dass das magnetische Material in diesem Bereich die magnetischen Eigenschaften des Elektromagneten nicht günstig beeinflussen, weswegen auf einen möglichst dünnen magnetischen Stegring abgestellt wird. Von dem Vorschlag umfasst sind daher auch noch geringere Materialdicken, wie oben angegeben, also zum Beispiel zwischen 3 und 10 %. Die Dicke des Materials hat eine natürliche untere Grenze, die auch anwendungsbedingt ist. Dieser ausgesprochen dünne Bereich muss zumindest noch eine Stärke aufweisen, damit dieser ausreichend dicht, insbesondere druckdicht ist und natürlich mechanisch stabil.The proposal according to the invention aims to provide for an effective magnetic short circuit of the magnetic field lines of the permanent magnet. In order to achieve this goal, the magnetic resistance in the iron loop of the coil must be influenced so that the short circuit is formed preferentially. It has therefore been found that, if a magnetic land ring is used, it is favorable to make its material thickness (significantly) smaller than that of the pole tube and thus to produce a magnetic resistance. Advantageously, a material thickness of the magnetic web ring of 5-40%, preferably 10-30%, particularly preferably 15-25% of the material thickness of the pole tube is used. It is clear that the magnetic material in this area does not favorably affect the magnetic properties of the electromagnet, which is why it is based on the smallest possible magnetic bridge ring. The proposal therefore also includes even lower material thicknesses, as indicated above, that is, for example, between 3 and 10%. The thickness of the material has a natural lower limit, which is also application-related. This extremely thin area must at least have a thickness so that it is sufficiently dense, in particular pressure-tight and of course mechanically stable.

Die gleichen Materialstärken (3 bzw. 5-40 %, bevorzugt von 10-30 %, insbesondere bevorzugt von 15-25 % der Wandstärke des Polrohres) werden im übrigen auch für die Ausbildung der Taillierung, bzw. die Ausbildung des Rohrstückes in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen.The same material thicknesses (3 or 5-40%, preferably 10-30%, particularly preferably 15-25% of the wall thickness of the pole tube) are also for the formation of the sidecut, or the formation of the pipe section in a preferred Design provided.

Des Weiteren ist günstiger Weise vorgesehen, dass der Permanentmagneten ausschließlich durch magnetische Kräfte auf dem Kern gehalten ist. Dieser Vorschlag nutzt ein weiteres Mal die durch den Permanentmagneten zur Verfügung stehenden Magnetkräfte, die somit nicht nur für die Ausbildung der speziellen Charakteristik für den vorgeschlagenen Elektromagneten eingesetzt wird, sondern einen zusätzlichen Verwendung bei der Herstellung eines solchen Elektromagneten findet. Es können so zusätzliche Befestigungsmittel oder Klebeschichten usw. eingespart werden, was die Herstellung des Elektromagneten verbilligt.Furthermore, it is advantageously provided that the permanent magnet is held solely by magnetic forces on the core. This proposal uses once again the available magnetic forces by the permanent magnet, which thus not only for the formation of the special characteristic for the proposed electromagnet is used, but finds an additional use in the production of such an electromagnet. It can be saved so additional fasteners or adhesive layers, etc., which makes the production of the electromagnet cheaper.

Dabei ist es von Vorteil, wenn eine Magnetzentrierung für den Permanentmagneten vorgesehen ist. Zum Beispiel ist auf dem Kern eine entsprechende Zentrierung (zum Beispiel ein Vorsprung) vorgesehen, die mit einem hiermit zusammenwirkenden Mittel an dem Permanentmagneten (zum Beispiel eine den Vorsprung aufnehmen der Ausnehmung) zusammenwirkt und so den Permanentmagneten bei der Montage einfach orientiert, ausrichtet und auch zentriert (oftmals ist der Elektromagnet im inneren rotationssymmetrisch aufgebaut, weswegen es günstig ist den Permanentmagneten zu zentrieren), was insofern gleichwertig ist. Wie bereits ausgeführt wird der Permanentmagnet durch seine eigenen Haltekräfte am Kern befestigt, was die Anordnung einer Magnetzentrierung erleichtert und so die Herstellung eines solchen Elektromagneten verbilligt.It is advantageous if a magnetic centering is provided for the permanent magnet. For example, a corresponding centering (for example, a projection) is provided on the core, which cooperates with a cooperating means on the permanent magnet (for example, a projection of the recess) and thus easily oriented, aligned and also the permanent magnet during assembly centered (often the electromagnet is rotationally symmetrical in the interior, which is why it is favorable to center the permanent magnet), which is equivalent in this respect. As already stated, the permanent magnet is fastened by its own holding forces on the core, which facilitates the arrangement of a magnetic centering and thus reduces the cost of producing such an electromagnet.

Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der Prallkörper als Magnetzentrierung dient. Wie bereits ausgeführt ist der Prallkörper dafür vorgesehen, den Permanentmagneten zu schützen. Dieser befindet sich daher in unmittelbarer Nähe zum Permanentmagneten. Nun wird mit diesem Vorschlag dem Prallkörper auch die Funktion einer Magnetzentrierung übertragen bzw. in dieses Bauteil integriert was vorteilhaft ist, da dies platzsparend ist.Advantageously, it is provided that the impact body serves as magenta centering. As already stated, the impact body is intended to protect the permanent magnet. This is therefore located in close proximity to the permanent magnet. Now, with this proposal, the impact body also transmits the function of a magnetic centering or integrated into this component, which is advantageous because it saves space.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Prallkörper oder die Magnetzentrierung als Haltekörper für den Permanentmagneten dient. Gemäß dem Vorschlag wird eine große Anzahl von verschiedenen Konzepten zur Befestigung des Permanentmagneten am Kern präsentiert. Der Vorschlag ist hier ausgesprochen variantenreich. Es ist so vorgesehen, den Prallkörper oder die Magnetzentrierung als Haltekörper für den Permanentmagneten einzusetzen. Der Prallkörper bzw. die Magnetzentrierung besteht beispielsweise aus weichmagnetischem Material, ohne aber diese Bauteile hierauf zu beschränken. Es ist auch möglich, den Prallkörper bzw. die Magnetzentrierung auch aus unmagnetischem Material zu bilden. Der Prallkörper bzw. die Magnetzentrierung können dabei auch konisch ausgebildet sein, um entweder das Aufschieben des Permanentmagneten zu erleichtern (das schmälere Ende des Prallkörpers bzw. der Magnetzentrierung befindet sich auf der dem Ankerraum zugewandten Seite) oder über den Konus den entsprechend ausgestatteten Permanentmagneten (für eine spielfreie Montage) zu befestigen, in diesem Fall befindet sich das schmälere Ende des Prallkörpers bzw. der Magnetzentrierung auf der dem Ankerraum abgewandten Seite, dem Kern zugewandt. Vorzugsweise ist die Montage spielfrei ausgeführt, es kann auch eine Passung, gegebenenfalls eine Presspassung vorgesehen sein.In a further advantageous embodiment, it is provided that the baffle or the Magettenentrierung serves as a holding body for the permanent magnet. According to the proposal, a large number of different concepts for attaching the permanent magnet to the core are presented. The proposal is extremely varied. It is intended to use the baffle or the magnetic centering as a holding body for the permanent magnet. The baffle or Magettenentrierung consists for example of soft magnetic material, but without limiting these components thereto. It is also possible to form the baffle or the magnetic centering of non-magnetic material. The baffle or the Magcenterentrierung can also be conical, either to facilitate the sliding of the permanent magnet (the narrower end of the baffle or the magnet centering is located on the armature space facing side) or on the cone the appropriately equipped permanent magnet (for a clearance-free mounting), in this case, the narrower end of the baffle or the magnetic centering on the side facing away from the armature space, facing the core. Preferably, the assembly is executed without play, it may also be a fit, optionally provided an interference fit.

Des Weiteren ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Magnetzentrierung gegebenenfalls auch Teil des Permanentmagneten ist, also der Permanentmagneten aus mehreren Teilen besteht. Grundsätzlich ist es auch möglich, dem Prallkörper auch aus ferromagnetischem oder magnetischem Material (zum Beispiel auch als Permanentmagneten) auszubilden jedoch muss dies mit der mechanischen Beanspruchung des Prallkörpers abgestimmt und optimiert sein.Furthermore, it is advantageously provided that the magnetic centering is possibly also part of the permanent magnet, that is, the permanent magnet consists of several parts. In principle, it is also possible to form the impact body from ferromagnetic or magnetic material (for example as a permanent magnet), but this must be tuned and optimized with the mechanical stress of the impact body.

In einer bevorzugten Variante ist des Weiteren vorgesehen, dass der Kern bzw. der Ring, bezogen auf die Ankerbewegungsrichtung, zumindest auf axialer Höhe des Permanentmagneten eine vorzugsweise umlaufende Taillierung oder Einschnürung aufweist. Die vorgeschlagene Taillierung ist zum Beispiel als konischer Ansatz zu verstehen, bei welchen sich kontinuierlich der Außenradius des Kernes etwas verringert. Da der Ring seitlich den Permanentmagneten abdeckt, führt diese Taillierung zu einer entsprechenden Verschmälerung der Dicke des Rings, wodurch die Führung der Magnetfeldlinien erheblich beeinflusst werden kann. Insbesondere bewirkt die Taillierung, dass bei einer Umpolung des Magnetfeldes der Spule das Magnetfeld des Permanentmagneten ausreichend geschwächt wird, damit die Magnetkraft des Permanentmagneten geringer ist wie die Federkraft der Rückstellfeder und so ein sicherer Abwurf des Ankers erfolgt.In a preferred variant, it is further provided that the core or the ring, relative to the armature movement direction, has a preferably circumferential waisting or constriction, at least at the axial height of the permanent magnet. For example, the proposed sidecut is to be understood as a conical approach in which the outer radius of the core is continuously reduced somewhat. Since the ring laterally covers the permanent magnet, this sidecut leads to a corresponding narrowing of the thickness of the ring, whereby the leadership of the magnetic field lines can be significantly influenced. In particular, the sidecut causes that at a reversal of the magnetic field of the coil, the magnetic field of the permanent magnet is weakened sufficiently so that the magnetic force of the permanent magnet is less than the spring force of the return spring and so a safe ejection of the anchor.

Zur beachten ist, dass sich die Taillierung nicht zwingender Weise nur auf die axiale Lage des Permanentmagneten beschränken muss, die Taillierung kann bereits auf der Höhe des Kernes beginnen, also auf der dem Ankerraum abgewandten Seite des Permanentmagneten vor diesem und/oder sich auf die andere Seite des Ringes, bezogen auf den Permanentmagneten, im Bereich des Ankerraumes (bezogen auf die axiale Lage) erstrecken.It should be noted that the sidecut does not necessarily have to be limited only to the axial position of the permanent magnet, the sidecut can already begin at the level of the core, ie on the side facing away from the armature space of the permanent magnet in front of this and / or on the other Side of the ring, based on the permanent magnet, in the region of the armature space (based on the axial position) extend.

Des Weiteren umfasst die Erfindung auch die Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Elektromagneten als Schaltmagneten, zum Beispiel in einer Magnetventil-Anordnung zur Regelung eines Gasflusses.Furthermore, the invention also includes the use of the inventively proposed electromagnet as a switching magnet, for example in a solenoid valve arrangement for controlling a gas flow.

In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen:

1-4 je in einer Schnittdarstellung verschiedene Varianten des erfindungsgemäßen Elektromagneten
5a, 5b in 5b in einer Grafik die Kraft-Hub-Kennlinie für verschiedene Bestromungszustände der Spule für einen Elektromagneten nach dem Stand der Technik, wobei der Elektromagneten nach dem Stand der Technik in 5a im Schnitt schematisch dargestellt ist
6a, 6b in 6b in einer Grafik die Kraft-Hub-Kennlinie für verschiedene Bestromungszustände der Spule für einen Elektromagneten nach der Erfindung, wobei der Elektromagneten nach der Erfindung in 6a (dieser entspricht dem Ausführungsbeispiel nach 2) im Schnitt schematisch dargestellt ist
5c,5d,5e je in einer Detailansicht die Verteilung der Magnetfeldlinien für verschiedene Schalt- bzw. Bestromungszustände (5c: keine Bestromung der Spule, Anker abgefallen; 5d: Spule bestromt, Anker fast in Endlage; 5e: keine Bestromung der Spule, Anker in Endlage) eines Elektromagneten nach dem Stand der Technik
6c,6d,6e je in einer Detailansicht die Verteilung der Magnetfeldlinien für verschiedene Schalt- bzw. Bestromungszustände (6c: keine Bestromung der Spule, Anker abgefallen; 6d: Spule bestromt, Anker fast in Endlage; 6e: keine Bestromung der Spule, Anker in Endlage) eines Elektromagneten nach der Erfindung

In the drawing, the invention is shown schematically in particular in one embodiment. Show it:

1-4 each in a sectional view different variants of the electromagnet according to the invention
5a . 5b in 5b in a graph, the force-stroke characteristic for different energizing states of the coil for a solenoid according to the prior art, wherein the electromagnet according to the prior art in 5a is shown schematically in section
6a . 6b in 6b in a graph, the force-stroke characteristic curve for different energizing states of the coil for an electromagnet according to the invention, wherein the electromagnet according to the invention in 6a (This corresponds to the embodiment according to 2 ) is shown schematically in section
5c . 5d . 5e each in a detailed view of the distribution of the magnetic field lines for different switching or Bestromungszustände ( 5c : no energization of the coil, anchor dropped; 5d : Coil energized, armature almost in end position; 5e : no energization of the coil, armature in end position) of a solenoid according to the prior art
6c . 6d . 6e each in a detailed view of the distribution of the magnetic field lines for different switching or Bestromungszustände ( 6c : no energization of the coil, anchor dropped; 6d : Coil energized, armature almost in end position; 6e : no energization of the coil, armature in end position) of an electromagnet according to the invention

In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.In the figures, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals and therefore, if not appropriate, will not be described again. The disclosures contained in the entire description are mutatis mutandis to the same parts with the same reference numerals or identical component names transferable. Also, the location information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc. related to the immediately described and illustrated figure and are to be transferred to the new situation mutatis mutandis when a change in position. Furthermore, individual features or combinations of features from the illustrated and described different embodiments may represent for themselves, inventive or inventive solutions.

Der grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemäßen Elektromagneten 1 ist wie folgt.The basic structure of the electromagnet according to the invention 1 is as follows.

Der Elektromagnet 1 besitzt eine Spule 10. Die Spule 10 trägt eine Vielzahl von Wicklungen von mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Draht. Die Spule 10 umgibt zumindest teilweise einen Ankerraum 2.The electromagnet 1 has a coil 10 , The sink 10 carries a plurality of windings of electrically energized wire. The sink 10 at least partially surrounds an anchor space 2 ,

In dem Ankerraum 2 ist ein Anker 3 entlang einer Ankerbewegungsrichtung 30 beweglich gelagert. Dabei ist zwischen dem Anker 3 und der Spule 10 das Polrohr 7 vorgesehen, dessen Innenseite den Ankerraum 2 seitlich begrenzt. Das Polrohr 7 dient zur Führung des Ankers 3.In the anchor room 2 is an anchor 3 along an armature movement direction 30 movably mounted. It is between the anchor 3 and the coil 10 the pole tube 7 provided, the inside of the anchor space 2 laterally limited. The pole tube 7 serves to guide the anchor 3 ,

Im Falle, dass die Spule 10 mit Strom beaufschlagt wird, bildet sich ein magnetisches Feld aus, dessen Magnetfeldlinien im Inneren der Spule 10 größtenteils parallel zur Ankerbewegungsrichtung 30 orientiert sind. Dieses Magnetfeld wirkt auf den Anker 3 und beschleunigt bzw. bewegt diesen. Der Anker 3 ist zum Beispiel ein zylindrisches Element mit einer dem Luftspalt 20 zugewanderte Ankergrundfläche 31.In the case of the coil 10 is energized, forms a magnetic field whose magnetic field lines in the interior of the coil 10 mostly parallel to the armature movement direction 30 are oriented. This magnetic field acts on the armature 3 and accelerate or move it. The anchor 3 For example, a cylindrical element is one with the air gap 20 immigrated anchor base 31 ,

Der Anker 3 betätigt dabei, zum Beispiel über eine nicht dargestellte Ankerstange, ein oder mehrere zusätzliche Elemente, wie zum Beispiel das Dichtglied eines Ventils oder Ähnliches.The anchor 3 actuates, for example via an anchor rod, not shown, one or more additional elements, such as the sealing member of a valve or the like.

Im Ankerraum 2 stirnseitig, rechtwinklig zur Ankerbewegungsrichtung 30, wird der Ankerraum 2 von einem Kern 4 abgeschlossen. Zwischen dem Kern 4 und dem Anker 3 bildet sich der Luftspalt 20 aus, der auch als Arbeitsluftspalt 20 bezeichnet wird, und über den, im Falle der Bestromung der Spule 10 dann bevorzugt die Magnetkräfte der Spule 10 vom Kern 4 auf den Anker 3 wirken.In the anchor room 2 frontally, at right angles to the armature movement direction 30 , becomes the anchor room 2 from a core 4 completed. Between the core 4 and the anchor 3 the air gap forms 20 out, which also works as a working air gap 20 is called, and over, in the case of energization of the coil 10 then prefers the magnetic forces of the coil 10 from the core 4 on the anchor 3 Act.

Insofern unterscheidet sich der Aufbau des Elektromagneten nach der Erfindung nicht vom Stand der Technik.In this respect, the structure of the electromagnet according to the invention does not differ from the prior art.

Allerdings ist bei dem erfindungsgemäßen Elektromagneten 1 der im Kern 4 vorgesehene Permanentmagnet 5 nicht beidseitig von Kernmaterial umgeben, sondern schließt einseitig an den Ankerraum 2, insbesondere an den Luftspalt 20 unmittelbar bzw. direkt an und begrenzt diesen. Die dem Luftspalt 20 zugewandte Magnetfläche des Permanentmagneten 5 ist mit dem Bezugszeichen 59 gekennzeichnet. Im Sinne dieser Anmeldung ist dabei der Permanentmagnet 5 bevorzugt ein Bestandteil des Kernes 4.However, in the case of the electromagnet according to the invention 1 the core 4 provided permanent magnet 5 not surrounded on both sides by core material, but closes unilaterally to the anchor space 2 , in particular to the air gap 20 directly or directly to and limits this. The air gap 20 facing magnetic surface of the permanent magnet 5 is with the reference numeral 59 characterized. For the purposes of this application is the permanent magnet 5 preferably a constituent of the nucleus 4 ,

In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Permanentmagnet 5 von einem Ring 40 umgeben, der Teil des Kernes 4 ist. Zusammen mit dem Ring 40 bildet der Kern 4 hier eine topfartige Struktur, auf dessen Topfboden der Permanentmagnet 5 angeordnet ist. Der Ring 40 ist dabei einstückig mit dem Kern 4 verbunden und besteht daher bevorzugt aus weichmagnetischem Material.In the in 1 embodiment shown is the permanent magnet 5 from a ring 40 surrounded, the part of the core 4 is. Together with the ring 40 forms the core 4 here a pot-like structure, on the bottom of the pot, the permanent magnet 5 is arranged. The ring 40 is in one piece with the core 4 connected and therefore preferably consists of soft magnetic material.

Der Permanentmagnet 5 ist beispielsweise als eine Scheibe mit mittig angeordneter Öffnung ausgeführt, durch die der Prallkörper 9 hindurchragt. Der Prallkörper 9 ist dabei mittig auf dem Kern 4 durch eine Schraubverbindung oder bevorzugt durch eine Einpressung befestigt. Der Prallkörper 9 bietet eine Prallfläche 90 an, auf die der durch das Magnetfeld der bestromten Spule 10 des Elektromagneten 1 beschleunigte Anker 3 aufschlägt und so abgebremst wird. Es ist gut zu erkennen, dass in Ankerbewegungsrichtung 30 gesehen, die Prallfläche 90 des Prallkörpers 9 etwas gegenüber der Magnetfläche 59 des Permanentmagneten vorsteht. Durch diese Anordnung der Prallfläche 90 schützt der Prallkörper 9 den Permanentmagneten 5.The permanent magnet 5 is for example a disc with a centrally located opening executed by the impact body 9 protrudes. The impact body 9 is centered on the core 4 fastened by a screw connection or preferably by a press-fit. The impact body 9 provides a baffle 90 to which the magnetic field of the energized coil 10 of the electromagnet 1 accelerated anchor 3 hits and is braked so. It is good to see that in anchor movement direction 30 seen the baffle 90 of the impact body 9 something opposite the magnetic surface 59 of the permanent magnet protrudes. By this arrangement of the baffle 90 protects the baffle body 9 the permanent magnet 5 ,

Dabei ist die Anordnung so gewählt, dass auch bei angezogenem Anker 2 (der Anker 2 wird dann zum Beispiel von dem Magnetfeld des Permanentmagneten 5 stabil in einer Endlage gehalten) dieser auf der Prallfläche 90 aufliegt und noch ein (kleiner) Spalt zwischen der Magnetfläche 59 und der Ankergrundfläche 31 verbleibt.The arrangement is chosen so that even when tightened anchor 2 (the anchor 2 is then, for example, by the magnetic field of the permanent magnet 5 Stable held in an end position) this on the baffle 90 rests and still a (small) gap between the magnetic surface 59 and the anchor base 31 remains.

In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Prallkörper 9 noch eine weitere Aufgabe. Er dient als Abstützlager 19 einer Rückstellfeder 60, die desweiteren in einer Bohrung 32 des Ankers 3 gelagert ist. Die Rückstellfeder 60 ist dabei ein Ausführungsbeispiel eines zweiten Kraftelementes 6, das neben dem Magnetfeld des Permanentmagneten 5 auf den Anker 3 wirkt. Die Wirkrichtungen dieser Kräfte (einerseits des Permanentmagneten 5, andererseits des zweiten Kraftelementes 6, der Rückstellfeder 60) sind entgegengerichtet und parallel zur Ankerbewegungsrichtung 30. Sie dienen dazu, wenn die Bestromung der Spule 10 abgeschaltet ist, den Anker 3 in stabilen Endlagen, welche vorzugsweise an dem jeweiligen axialen Ende des Ankerraumes 2 sind, zu halten.In the embodiment shown here, the baffle body 9 yet another task. He serves as a support camp 19 a return spring 60 , which furthermore in a bore 32 of the anchor 3 is stored. The return spring 60 is an embodiment of a second force element 6 , in addition to the magnetic field of the permanent magnet 5 on the anchor 3 acts. The effective directions of these forces (on the one hand of the permanent magnet 5 , on the other hand, the second force element 6 , the return spring 60 ) are opposite and parallel to the armature movement direction 30 , They are used when the energization of the coil 10 is turned off, the anchor 3 in stable end positions, which preferably at the respective axial end of the armature space 2 are to hold.

Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass der Anker 3 in den jeweiligen Endlagen stabil gehalten ist und das von der bestromten Spule 10 aufgebaute Magnetfeld so groß und ausreichend stark ist, dass der Anker 3 aus dem jeweiligen Kraftfeld heraus bewegt wird und in die andere Endlage übergeführt werden kann, um dann von dem Kraftfeld des jeweilig anderen Elementes bei ausgeschalteten Spulenstrom wieder stabil gehalten zu werden.The arrangement is chosen so that the anchor 3 is held stable in the respective end positions and that of the energized coil 10 built-up magnetic field is so large and sufficiently strong that the anchor 3 is moved out of the respective force field and can be converted into the other end position, to then be kept stable again by the force field of the respective other element with the coil current turned off.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die spezielle Anordnung des Permanentmagneten 5 in dem Kern 4 zu einem magnetischen Kurzschluss der aus der Magnetfläche 59 austretenden Magnetfeldlinien führt, die fast vollständig bzw. größtenteils in den die Magnetfläche 59 in axialer Richtung (bezogen auf die Ankerbewegungsrichtung 30) vorstehenden oder überragenden Ring 40 des Kernes 4 eintreten und somit sehr wirksam sind, wenn sich der Anker 3 direkt am Permanentmagneten 5, bei minimalsten Luftspalt 20 aufhält.It has already been noted that the special arrangement of the permanent magnet 5 in the core 4 to a magnetic short circuit from the magnetic surface 59 Leaks magnetic field lines, which almost completely or mostly in the magnetic surface 59 in the axial direction (relative to the armature movement direction 30 ) projecting or projecting ring 40 of the core 4 occur and thus are very effective when the anchor 3 directly on the permanent magnet 5 , at minimum air gap 20 staying.

Der Prallkörper 9 besitzt des Weiteren auch noch mehrere Zentrierungsaufgaben. So wird zum einem die Rückstellfeder 60 bezüglich der Bohrung 32 im Anker 3 ausgerichtet und zentriert. Hierzu besitzt der Prallkörper 9 einen mittig vorgesehene Dorn 91 auf den das Ende der Rückstellfeder 60 aufgeschoben ist. Der Dorn 91 befindet sich dabei zentrisch auf der Mittelachse 11 des Elektromagneten, die Mittelachse 11 beschreibt dabei auch die Rotationssymmetrieachse der Anordnung.The impact body 9 also has several more centering tasks. So for a return spring 60 concerning the bore 32 in the anchor 3 aligned and centered. For this purpose has the baffle body 9 a centrally provided mandrel 91 on the the end of the return spring 60 is deferred. The thorn 91 is located centrically on the central axis 11 of the electromagnet, the central axis 11 also describes the rotational symmetry axis of the arrangement.

Des Weiteren dient der Prallkörper 9 zur Zentrierung des als Scheibe ausgebildeten Permanentmagneten 5. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet 5 zum Beispiel durch seine eigenen Magnetkräfte am Kern 4 gehalten ist. Auch der Prallkörper 9 ist gegebenenfalls aus weichmagnetischem Material und dient ebenfalls einer Befestigung des Permanentmagneten 5 durch magnetische Kräfte. Alternativ ist es natürlich möglich, eine Schraubbefestigung oder eine Verklebung für den Permanentmagneten 5 am Kern 4 vorzusehen.Furthermore, the baffle body serves 9 for centering the disk formed as a permanent magnet 5 , It is preferably provided that the permanent magnet 5 for example, by its own magnetic forces at the core 4 is held. Also the baffle body 9 is optionally made of soft magnetic material and also serves to attach the permanent magnet 5 by magnetic forces. Alternatively, it is of course possible, a screw or a bond for the permanent magnet 5 at the core 4 provided.

In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel nach 1 entspricht der Innendurchmesser des Polrohres 7 dem Innendurchmesser des Ringes 40 am Kern 4, es können hier aber auch abweichende Geometrien vorgesehen sein, es ist zum Beispiel möglich, einen Stufenanker als Anker 3 zu realisieren der der im Bereich des Ringes 41 einen kleineren Durchmesser aufweist wie im Inneren des Polrohres 7. Die jeweiligen Innendurchmesser sind dann eine mögliche spielfreien Lagerung des Ankers bei der solchen Ausgestaltung des Ankers angepasst und sind unterschiedlich. Die Erfindung ist hierzu nicht beschränkt.In the embodiment shown here according to 1 corresponds to the inner diameter of the pole tube 7 the inner diameter of the ring 40 at the core 4 but it can also be deviating geometries provided here, it is possible, for example, a step anchor as an anchor 3 to realize that in the area of the ring 41 has a smaller diameter as in the interior of the pole tube 7 , The respective inner diameters are then adapted to a possible play-free mounting of the armature in such an embodiment of the armature and are different. The invention is not limited thereto.

Um die Herstellung der Einbauteile des Elektromagneten 1 zu vereinfachen wird angestrebt, dass die Einheit von Kern 4 und Polrohr 7 ein gemeinsames Bauteil sind. Sowohl der Kern 4 wie auch das Polrohr 7 sind vorzugsweise aus weichmagnetischem Material gebildet um die Magnetfeldlinien optimal zu führen. Vorzugsweise wird an dem Ring 40, dem Kern 4 abgewandt, ein Steuerkonus 41 vorgesehen, über den das spezielle Verhalten des Ankers 3 auf seiner Kennlinie eingestellt wird. Günstige Weise schließt sich dann an den Steuerkonus 41 in axialer Richtung (parallel zur Ankerbewegungsrichtung 30), auf das Polrohr 7 zu, ein möglichst unmagnetisches Material (also ein Material, das Magnetfeldlinien nicht gut führt bzw. einen hohen magnetischen Widerstand aufweist) an.To manufacture the built-in parts of the electromagnet 1 To simplify it is desired that the unity of nuclear 4 and pole tube 7 are a common component. Both the core 4 as well as the pole tube 7 are preferably formed of soft magnetic material to guide the magnetic field lines optimally. Preferably, on the ring 40 the core 4 turned away, a tax bonus 41 provided over which the special behavior of the anchor 3 is set on its characteristic curve. Cheap way then joins the tax bonus 41 in the axial direction (parallel to the armature movement direction 30 ), on the pole tube 7 to, a possible non-magnetic material (ie, a material that does not lead well magnetic field lines or has a high magnetic resistance) to.

In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist daher zwischen dem Polrohr 7 und dem Ring 40 bzw. Steuerkonus 41 ein Zwischenring 80 vorgesehen. Diese Zwischenring 80 besteht bevorzugt aus unmagnetischem Material. Der Zwischenring 80 ist einerseits mit dem Kern 4 bzw. Ring 40 und andererseits mit dem Polrohr 7 zum Beispiel verschweißt, verklebt, verlötet oder verstemmt.In the in 1 shown embodiment is therefore between the pole tube 7 and the ring 40 or tax bonus 41 an intermediate ring 80 intended. This intermediate ring 80 is preferably made of non-magnetic material. The intermediate ring 80 is on the one hand with the core 4 or ring 40 and on the other hand with the pole tube 7 For example, welded, glued, soldered or caulked.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Vorschlages ist in 1 gezeigt, dass der Kern 4 bzw. der Ring 40 auf axialer Höhe des Permanentmagneten 5 (bezogen auf die Ankerbewegungsrichtung 30) eine umlaufende Taillierung oder Einschnürung 49 aufweist. Diese Taillierung 49 führt zu einer bevorzugten Bündelung der an dem in axialer Richtung polarisierten Permanentmagneten 5 austretenden Magnetfeldlinien, die über diesen Bereich der Taillierung 49 kurzgeschlossen sind und nicht über den übrigen Eisenkreis geführt sind.In a preferred embodiment of the proposal is in 1 shown that the core 4 or the ring 40 at the axial height of the permanent magnet 5 (related to the armature movement direction 30 ) a circumferential sidecut or constriction 49 having. This sidecut 49 leads to a preferred bundling of the polarized in the axial direction permanent magnet 5 escaping magnetic field lines that extend beyond this area of the sidecut 49 are short-circuited and are not led over the remaining iron circle.

Die in 2,3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere in der Gestaltung dieser Taillierung 49 sowie der Verbindungstechnik bzw. Anschluss des Polrohres 7 mit dem Kern 4.In the 2 . 3 and 4 Embodiments shown differ from those in 1 embodiment shown in particular in the design of this sidecut 49 as well as the connection technology or connection of the pole tube 7 with the core 4 ,

So ist in 2 anstelle des Zwischenrings 80 ein separates Rohrstück 8 vorgesehen, das insbesondere auf den als Absatz ausgeführten Taillierungsbereich 49 am Kern 4 bzw. dem Ring 40 aufgeschoben und durch Kraftschluss befestigt ist. In gleicher Weise besitzt auch das Polrohr 7 einem dem Kern 4 zugewandten Absatz 70 damit das Rohrstück 8 auch auf den Absatz 70 aufgeschoben werden kann und auch hier eine kraftschlüssige Verbindung besteht. Bei ausreichend exakter Fertigung ist hierdurch eine stabile Verbindung möglich, natürlich kann diese Verbindung zwischen dem Rohrstück 8 einerseits mit dem Absatz 70 des Polrohr 7 oder andererseits mit dem Ring 40 des Kernes 4 durch bekannte Verbindungsverfahren wie Verkleben, Verlöten, Verschweißen oder Verstemmen noch verbessert werden. Es ist klar, dass durch die magnetischen Eigenschaften des Materials des Rohrstückes 8 die Feldführung der Magnetfeldlinien, einerseits des Permanentmagneten 5 und andererseits der bestromten Spule 10, veränderbar und einstellbar sind.So is in 2 instead of the intermediate ring 80 a separate piece of pipe 8th in particular, the heel section designed as a heel 49 at the core 4 or the ring 40 deferred and secured by traction. In the same way owns the pole tube 7 one to the core 4 facing paragraph 70 so that the pipe section 8th also on the heel 70 can be deferred and there is a positive connection here. With sufficiently accurate production, this makes a stable connection possible, of course, this connection between the pipe section 8th on the one hand with the paragraph 70 of the pole tube 7 or on the other hand with the ring 40 of the core 4 be improved by known bonding methods such as bonding, soldering, welding or caulking. It is clear that by the magnetic properties of the material of the pipe section 8th the field guidance of the magnetic field lines, on the one hand of the permanent magnet 5 and on the other hand the energized coil 10 , are changeable and adjustable.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wurden jeweils gleichbleibende Durchmesser im Bereich des Absatzes 70 bzw. der Taillierung 49 gewählt. Hierbei ist auch zu beachten, dass sich die Taillierung 49 in 2 nicht nur auf den Bereich des Permanentmagneten 5 beschränkt, sondern in Richtung weg (parallel zur Ankerbewegungsrichtung 30) von dem Luftspalt 20 in den Kern 4 hinein ausgeführt ist, das Rohrstück 8 ist also über den Permanentmagneten 5 übergeschoben und stützt sich nicht nur am Ring 40, sondern an dem Kern 4 als solches ab.At the in 2 shown embodiment, each constant diameter in the region of the paragraph 70 or the sidecut 49 selected. It should also be noted that the sidecut 49 in 2 not just on the area of the permanent magnet 5 limited, but in the direction away (parallel to the armature movement direction 30 ) from the air gap 20 in the core 4 is executed in the pipe section 8th So it's over the permanent magnet 5 pushed over and not only relies on the ring 40 but at the core 4 as such.

In 3 ist das Polrohr 7 von dem Kern 4 derart beanstandet, dass sich in Ankerbewegungsrichtung 30 vor dem Steuerkonus 41 keine metallische Verbindung mit dem Polrohr 7 ergibt. Dieser freie Abstand ist in 3 mit dem Bezugszeichen 82 gekennzeichnet. Auch hier besitzt der Kern 4 im Bereich des Permanentmagneten 5 wieder eine Taillierung 49 mit den vorbeschriebenen Eigenschaften.In 3 is the pole tube 7 from the core 4 criticized such that in Ankerbewegungsrichtung 30 in front of the tax bonus 41 no metallic connection with the pole tube 7 results. This free space is in 3 with the reference number 82 characterized. Again, the core has 4 in the area of the permanent magnet 5 again a sidecut 49 with the properties described above.

4 beschreibt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem beispielsweise das Polrohr 7 und der Kern 4 als einstückiges Bauteil in einem Zerspanungsprozess hergestellt worden ist. Hieraus ergibt es sich, dass der Kern 4 und das Polrohr 7 durch einen magnetischen Stegring 81 miteinander verbunden sind. Naturgemäß besitzt natürlich das Material des magnetischen Stegringes 81 die gleichen magnetischen Eigenschaften wie das Material des Polrohres 7 bzw. des Kernes 4, es besteht also aus weichmagnetischem Material. 4 describes an embodiment in which, for example, the pole tube 7 and the core 4 has been manufactured as a one-piece component in a machining process. It turns out that the core 4 and the pole tube 7 through a magnetic web ring 81 connected to each other. Naturally, of course, has the material of the magnetic web ring 81 the same magnetic properties as the material of the pole tube 7 or the core 4 So it is made of soft magnetic material.

Der Widerstand der Magnetfeldlinienführung wird im Bereich des magnetischen Stegringes 81 dadurch erhöht, dass die Materialstärke der Wandung des magnetischen Stegringes 81 beträchtlich gegenüber der Materialstärke der Wandung des Polrohres 7 reduziert ist, zum Beispiel nur ca. 20 ± 10 % der Dicke des Polrohres 7 entspricht.The resistance of the magnetic field line guide is in the region of the magnetic web ring 81 thereby increasing that the material thickness of the wall of the magnetic web ring 81 considerably compared to the material thickness of the wall of the pole tube 7 is reduced, for example, only about 20 ± 10% of the thickness of the pole tube 7 equivalent.

In 5b ist die Kraft-Hub-Kennlinie für verschiedene Bestromungszustände eines Elektromagneten nach dem Stand der Technik (wie in 5a dargestellt) gezeigt. Der Elektromagnet 1 nach dem Stand der Technik gemäß 5a zeichnet sich dadurch aus, dass der Permanentmagnet 5 beidseitig in Kernmaterial 4 eingebettet ist und nicht direkt an den Luftspalt 20 grenzt.In 5b is the force-stroke characteristic for various energization states of a prior art electromagnet (as in FIG 5a shown). The electromagnet 1 According to the prior art according to 5a is characterized by the fact that the permanent magnet 5 both sides in core material 4 is embedded and not directly to the air gap 20 borders.

In 6b bzw. 6a sind die hierzu analogen Ansichten zu dem erfindungsgemäßen Vorschlag wiedergegeben, wobei der in 6a gezeigte Elektromagnet dem Ausführungsbeispiel nach 2 entspricht.In 6b or. 6a the views analogous to the proposal according to the invention are reproduced, wherein the in 6a shown solenoid according to the embodiment 2 equivalent.

In beiden Kennlinie in nach 5b bzw. 6b sind die Koordinatenachsen von Hub und Kraft ohne Einheiten angegeben. Der Hub entspricht hier zum Beispiel maximal 3 mm, die Kraft maximal 3 N.In both characteristics in after 5b or. 6b the coordinate axes of stroke and force are given without units. For example, the stroke here corresponds to a maximum of 3 mm, the force maximum 3 N.

Es sei darauf hingewiesen, dass die übrigen physikalischen Parameter bei dieser gegenüberstellenden Betrachtungsweise gleich gewählt worden sind, das heißt die Dimension des Elektromagneten, die Ausgestaltung der Spule des Elektromagneten nach dem Stande der Technik und der Erfindung, die jeweiligen Stromstärken und auch die sonstigen physikalischen Parameter sind gleich, um so die unterschiedliche Wirkung der Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik präsentieren zu können.It should be noted that the other physical parameters have been chosen to be the same in this juxtaposition, that is the dimension of the electromagnet, the configuration of the coil of the electromagnet according to the prior art and the invention, the respective currents and also the other physical parameters are the same so as to be able to present the different effect of the invention in comparison with the prior art.

Der maximale Hub entspricht insofern der maximalen Tiefe des (Arbeits-) Luft Spaltes 20 des Elektromagneten 1.The maximum stroke corresponds to the maximum depth of the (working) air gap 20 of the electromagnet 1 ,

Die Grafik nach 5b bzw. 6b zeigt je vier Kennlinien 14,61,16 und 17. The graphic after 5b or. 6b shows four characteristics each 14 . 61 . 16 and 17 ,

Dabei beschreibt die Kennlinie 14 die Situation, dass der Anker 3 angezogen wird, das heißt, die Spule 10 des Elektromagneten 1 wird so bestromt, dass sich im Ankerraum 2 ein Magnetfeld in Richtung des Magnetfeldes des Permanentmagneten 5 ausbildet. Das Magnetfeld des Permanentmagneten 5 wird durch das Magnetfeld der bestromten Spule 10 verstärkt, der Anker 3 wird (vergleiche 5a) nach links beschleunigt bzw. bewegt.The characteristic curve describes 14 the situation that the anchor 3 is attracted, that is, the coil 10 of the electromagnet 1 is so energized that in the anchor room 2 a magnetic field in the direction of the magnetic field of the permanent magnet 5 formed. The magnetic field of the permanent magnet 5 is due to the magnetic field of the energized coil 10 reinforced, the anchor 3 will (compare 5a) accelerated or moved to the left.

Die Kennlinie 16 zeigt die Kraft des Permanentmagneten 5, die auf den Anker 3 in Abhängigkeit seiner jeweiligen Lage wirkt, wobei die Spule 10 stromlos ist.The characteristic 16 shows the force of the permanent magnet 5 on the anchor 3 depending on its position, the coil 10 is de-energized.

Mit 61 ist die Feder-Kennlinie der Rückstellfeder 60 gekennzeichnet.With 61 is the spring characteristic of the return spring 60 characterized.

Die Kennlinie 17 zeigt den Ankerabwurf, die Spule 10 ist so bestromt, dass sich ein Magnetfeld entgegen dem Magnetfeld des Permanentmagneten 5 ausbildet. Die Spule 10 ist umgepolt.The characteristic 17 shows the anchor release, the coil 10 is so energized that a magnetic field against the magnetic field of the permanent magnet 5 formed. The sink 10 has been reversed.

In 5b ist mit dem Bezugszeichen A bei Hub ca. 0,2 einen ersten Schnittpunkt der Kennlinie 16 mit der Federkennlinie 61 markiert. Das Bezugszeichen B kennzeichnet ca. bei Hub 1,9 einen zweiten Schnittpunkt der Kennlinie 16 mit der Federkennlinie 61. Links des Schnittpunktes A ist die resultierende Kraft F₁ des Permanentmagneten (ohne Bestromung der Magnetspule 10) größer als die Federkraft der Rückstellfeder. Die beiden Kräfte sind entgegengerichtet. Der Permanentmagneten 5 hält den Anker 3 bei geringstem Luftspalt 20 d.h. geringsten Hub mit einer resultierenden Kraft F₁ so in einer stabilen Lage.In 5b is with the reference numeral A at stroke approx. 0.2 a first intersection of the characteristic 16 with the spring characteristic 61 marked. The reference number B indicates approx. at stroke 1.9 a second intersection of the characteristic curve 16 with the spring characteristic 61 , Left of the intersection A is the resulting force F ₁ of the permanent magnet (without current supply to the magnetic coil 10 ) greater than the spring force of the return spring. The two forces are opposite. The permanent magnet 5 Hold the anchor 3 at the lowest air gap 20 ie lowest stroke with a resultant force F ₁ so in a stable position.

Rechts des Schnittpunktes B ist die resultierende Kraft F₂ des Permanentmagneten 5 kleiner als die Federkraft der Rückstellfeder. Bei maximalen Arbeitsluftspalt 20, d.h. bei maximalem Hub überwiegt die Kraft der Rückstellfeder die Kraft des Permanentmagneten, die Rückstellfeder hält den Anker 3 mit einer resultierenden Kraft F₂ in der anderen Endlage.Right of the intersection B is the resulting force F ₂ of the permanent magnet 5 smaller than the spring force of the return spring. At maximum working air gap 20 That is, at maximum stroke, the force of the return spring outweighs the force of the permanent magnet, the return spring holds the anchor 3 with a resultant force F ₂ in the other end position.

In 6b (der Kennliniengrafik nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag) schneidet die Kennlinie 16 (Kraft des Permanentmagneten ohne Bestromung der Magnetspule bzw. Spule 10) die Federkennlinie 61 nur einmal bei dem Hub ca. 0,4, dieser Schnittpunkt ist mit dem Bezugszeichen C gekennzeichnet.In 6b (the characteristic diagram according to the proposal according to the invention) cuts the characteristic 16 (Force of the permanent magnet without energization of the magnetic coil or coil 10 ) the spring characteristic 61 only once at the stroke about 0.4, this intersection is denoted by the reference numeral C characterized.

Links des Schnittpunktes C ist die resultierende Kraft F₁₀ des Permanentmagneten größer als die Federkraft der Rückstellfeder. Die beiden Kräfte sind entgegengerichtet. Der Permanentmagneten 5 hält den Anker 3 bei geringstem Luftspalt 20 d.h. geringsten Hub mit einer resultierenden Kraft F₁₀ so in einer stabilen Lage.Left of the intersection C is the resulting force F ₁₀ the permanent magnet is greater than the spring force of the return spring. The two forces are opposite. The permanent magnet 5 Hold the anchor 3 at the lowest air gap 20 ie lowest stroke with a resultant force F ₁₀ so in a stable position.

Rechts des Schnittpunktes C ist die resultierende Kraft F₂₀ des Permanentmagneten 5 kleiner als die Federkraft der Rückstellfeder. Bei maximalen Arbeitsluftspalt 20 überwiegt die Kraft die Rückstände der Rückstellfeder die Kraft des Permanentmagneten, die Rückstellfeder hält den Anker 3 mit einer resultierenden Kraft F₂₀ in der anderen Endlage.The right of the intersection C is the resulting force F ₂₀ of the permanent magnet 5 smaller than the spring force of the return spring. At maximum working air gap 20 the force outweighs the residues of the return spring, the force of the permanent magnet, the return spring holds the anchor 3 with a resultant force F ₂₀ in the other end position.

Der erfindungsgemäße Effekt ergibt sich bei eindrucksvoll beim Vergleich der jeweiligen

- Haltekräfte F₁ (nach 5b) und F₁₀ (nach 6b) des Permanentmagneten 5 bei minimalsten Luftspalt 20 einerseits und der
- Haltekräfte F₂ (nach 5b) und F₂₀ (nach 6b) der Rückstellfeder 60 bei maximalen Hub bzw. Luftspalt 20.

The effect of the invention results in impressive comparison of the respective

- holding forces F ₁ (to 5b) and F ₁₀ (to 6b) of the permanent magnet 5 at minimal air gap 20 on the one hand and the
- holding forces F ₂ (to 5b) and F ₂₀ (to 6b) the return spring 60 at maximum lift or air gap 20 ,

Beides mal sind die nach der Erfindung realisierten Haltekräfte (siehe 6b, F₁₀ bzw. F₂₀ ) viel größer als die entsprechenden Haltekräfte nach dem Stand der Technik (siehe 5b, F₁ bzw. F₂ ).Both times are the holding forces realized according to the invention (see 6b . F ₁₀ or. F ₂₀ ) much larger than the corresponding holding forces according to the prior art (see 5b . F ₁ or. F ₂ ).

Es wurde bereits drauf hingewiesen, dass die übrigen Parameter bei diesen Elektromagneten nach der Erfindung und dem Stand der Technik gleich sind. Es wurde mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag daher nicht nur eine entsprechende Erhöhung der Haltekräfte in den jeweiligen Endlagen erreicht, sondern auch gleichzeitig eine Entkopplung der Wirkungsweisen erreicht. Die jeweiligen Haltekräfte können nunmehr unabhängig voneinander optimiert werden.It has already been pointed out that the other parameters are the same for these electromagnets according to the invention and the prior art. It was therefore achieved with the proposal according to the invention not only a corresponding increase in the holding forces in the respective end positions, but also achieved at the same time a decoupling of the modes of action. The respective holding forces can now be optimized independently.

Als zusätzlichen Effekt wird durch den erfindungsgemäßen Vorschlag überraschend erreicht, dass die jeweiligen Hublängen, wo einerseits der Permanentmagneten (Hub ca. 0,2 nach dem Stand der Technik, 5b im Vergleich zu Hub ca. 0,4 nach der Erfindung, sie 6b) und andererseits die Rückstellfeder (Hub ca. 1,2 nach dem Stand der Technik, 5b im Vergleich zu Hub ca. 2,6 nach der Erfindung, sie 6b) den Anker stabil halten gegenüber dem Vorschlag nach der Erfindung erheblich vergrößert wurde. Dies führt zu einer höheren Betriebssicherheit eines solchen erfindungsgemäßen Elektromagneten.As an additional effect, it is surprisingly achieved by the proposal according to the invention that the respective stroke lengths, on the one hand of the permanent magnet (stroke about 0.2 according to the prior art, 5b compared to stroke about 0.4 according to the invention, they 6b) and on the other hand, the return spring (stroke about 1.2 according to the prior art, 5b compared to stroke about 2.6 according to the invention, they 6b) hold the anchor stable against the proposal according to the invention has been significantly increased. This leads to a higher reliability of such an electromagnet according to the invention.

In den 5c, 5d und 5e werden verschiedene Betriebszustände eines Elektromagneten nach dem Stand der Technik mit analogen Betriebszuständen eines erfindungsgemäßen Elektromagneten in den 6c, 6d und 6e miteinander verglichen.In the 5c . 5d and 5e Various operating states of a solenoid according to the prior art with analog operating states of an electromagnet according to the invention in the 6c . 6d and 6e compared to each other.

Die jeweiligen Betriebszustände in den 5c, 6c, 5d und 6d, sowie 5e und 6e sind gleich.The respective operating conditions in the 5c . 6c . 5d and 6d , such as 5e and 6e are equal.

In den 5c, 6c ist der abgefallene Anker 3 bei unbestrafter Spule bzw. Magnetspule 10 gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 50 sind die Magnetfeldlinien die aus dem Permanentmagneten austreten gekennzeichnet.In the 5c . 6c is the fallen anchor 3 with unrestricted coil or solenoid 10 shown. With the reference number 50 the magnetic field lines emerging from the permanent magnet are characterized.

In den 5d, 6d ist die Spule 10 bestromt und der Anker 3 nach links bewegt. Zusätzlich zu den Magnetfeldlinien 50 des Permanentmagneten 5 tauchen jetzt auch die Magnetfeldlinien die von der Spule 10 erzeugt sind auf.In the 5d . 6d is the coil 10 energized and the anchor 3 moved to the left. In addition to the magnetic field lines 50 of the permanent magnet 5 now also the magnetic field lines dive from the coil 10 are generated on.

In 5e, 6e ist das Magnetfeld der Spule 10 nach 5d, 6d ausgeschaltet. Es bestehen daher nur wieder die Magnetfeldlinien 50 des Permanentmagneten 5.In 5e . 6e is the magnetic field of the coil 10 to 5d . 6d switched off. Therefore, there are only the magnetic field lines again 50 of the permanent magnet 5 ,

Insbesondere interessant ist ein Vergleich der Betriebszustände nach 5c (dies ist die bekannte Variante nach dem Stand der Technik) mit dem Betriebszustand nach 6c (dies ist der erfindungsgemäße Vorschlag eines Elektromagneten). In der hier gezeigten abgefallenen Stellung des Ankers 3 sind in 6c eine Großzahl der Magnetfeldlinien 50 des Permanentmagneten 5 über den Ring 40 kurzgeschlossen. Dabei ist der Permanentmagneten 5 parallel zur Ankerbewegungsrichtung 30 polarisiert. Im Vergleich mit der Lösung nach dem Stand der Technik aus 5c ist eine solche hohe Dichte von Magnetfeldlinien 50 innerhalb des Kerntopfes (gebildet von der Tiefe des Ringes 40), also auf dem letzten Bereichen des Luftspaltes 20 nicht vorhandenParticularly interesting is a comparison of the operating states after 5c (This is the known variant of the prior art) with the operating state after 6c (This is the inventive proposal of an electromagnet). In the dropped position of the anchor shown here 3 are in 6c a large number of magnetic field lines 50 of the permanent magnet 5 over the ring 40 shorted. Here is the permanent magnet 5 parallel to the armature movement direction 30 polarized. Compared with the solution according to the prior art 5c is such a high density of magnetic field lines 50 inside the core pot (made from the depth of the ring 40 ), so on the last areas of the air gap 20 unavailable

Diese sich bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag erheblich ausbildende Kraftfeld ist verantwortlich für die günstige Charakteristik, die im Vergleich der 5b und 6b erläutert wurden.This is in the proposal according to the invention significantly forming force field is responsible for the favorable characteristic that compares the 5b and 6b were explained.

Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.The claims now filed with the application and later are without prejudice to the attainment of further protection.

Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist. Auch eine solche Unterkombination ist von der Offenbarung dieser Anmeldung abgedeckt.If, on closer examination, in particular also of the relevant prior art, it appears that one or the other feature is beneficial for the purpose of the invention, but not crucial, it is of course already desired to have a formulation which is such a feature , in particular in the main claim, no longer having. Such a sub-combination is also covered by the disclosure of this application.

Es ist weiter zu beachten, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.It should further be noted that the embodiments and variants of the invention described in the various embodiments and shown in the figures can be combined with one another as desired. Here, one or more features are arbitrarily interchangeable. These feature combinations are also disclosed with.

Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.The references cited in the dependent claims indicate the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim. However, these are not to be understood as a waiver of obtaining independent, objective protection for the features of the dependent claims.

Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit als von erfindungswesentlicher Bedeutung zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den oder die unabhängigen Anspruch/Ansprüche übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.Features which have been disclosed only in the description or also individual features from claims which comprise a plurality of features can at any time be taken over as being of essential importance for the purpose of differentiation from the prior art in the independent claim (s), even then, if such features have been mentioned in connection with other features or achieve particularly favorable results in connection with other features.

Claims

Electromagnet having a coil (10) which carries windings of wire which can be acted upon by electric current, and the coil (10) at least partially surrounds an armature space (2) in which an armature (3) is movably mounted along an armature movement direction (30) and the armature space (2) is delimited on the front by a core (4), wherein an air gap (20) is formed between the core (4) and the armature (3) at least in one position of the armature (3) in the armature space (2) and the core (4) has a permanent magnet (5) which holds the armature (3) in a deenergized state of the coil (10) on the core (4), characterized in that the permanent magnet (5) faces the air gap (20) and limited.

Electromagnet after Claim 1 , characterized in that the core (4), the armature space (2) facing a ring (40) carries or has and / or an impact body (9) is provided, the impacting of the armature (3) on the permanent magnet (5 ) prevented when the coil (10) is energized.

Electromagnet according to one of the preceding claims, characterized in that the ring (40) surrounds the permanent magnet (5) laterally and / or the ring (40) at its end remote from the core (4) has a control cone (41) and / or at least a large part of the permanent magnet (5) surrounding magnetic field lines (50) both in the fallen state of the armature (3), as well as in the attracted state of the armature (3) via the ring (40) are closed and / or the ring (40), in particular also the control cone (41), made of soft magnetic material.

Electromagnet according to one of the preceding claims, characterized in that a second force element (6) on, in or outside the armature space (2) is provided which acts on the armature (3), and the effective directions of the permanent magnet (5) and the second Force element (6) are opposite.

Electromagnet according to one of the preceding claims, characterized in that a support bearing (19) for the second force element (6) is provided and / or the second force element (6) on or in the permanent magnet (5) is supported and / or the second force element (6) is a return spring (60).

Electromagnet according to one of the preceding claims, characterized in that the baffle body (9) is designed as a non-magnetic baffle plate, which is arranged between the permanent magnet (5) and the armature (3) and / or the baffle body (9) has a baffle surface (90). which projects at least partially in the axial direction, relative to the armature movement direction (30), over the permanent magnet (5) into the armature space (2) and / or the impact body (9) also serves as a support bearing (19).

Electromagnet according to one of the preceding claims, characterized in that the armature (3) by the permanent magnet (5) on the one hand and the second force element (6) on the other hand in respective different armature positions in the armature space (2) is kept de-energized, and energizing the coil ( 10) causes the armature (3) to overcome the force field of the permanent magnet (5) or of the second force element (6) in the respective position and leave it until the armature (3) enters the force field of the second force element (6 ) or the permanent magnet (5) in the respective other position and is held there and / or between the coil (10) and the armature space (2) a pole tube (7) is provided.

Electromagnet according to one of the preceding claims, characterized in that in the armature movement direction (30) seen the pole tube (7) of the core (4), or the ring (40) is axially spaced and / or seen in the armature movement direction (30), the pole tube (7) with a separate pipe section (8) with the core (4), or the ring (40) is connected and / or in the armature movement direction (30) seen between the pole tube (7) and the core (4), or a non-magnetic intermediate ring (80) is provided in the ring (40) and / or a magnetic web ring (81) is provided in the armature movement direction (30) between the pole tube (7) and the core (4) or the ring (40) ,

Electromagnet according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic web ring (81) has a smaller thickness than the pole tube (7) and / or the magnetic web ring (81) integrally on the core (4), or the ring (40 ) and / or the pole tube (7).

Electromagnet according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet (5) is held solely by magnetic forces on the core (4) and / or a Magcenterentrierung (18) for the permanent magnet (5) is provided.

Electromagnet according to one of the preceding claims, characterized in that the impact body (9) serves as Magcenterentrierung (18) and / or the impact body (9) or the Magcenterentrierung (18) serves as a holding body for the permanent magnet (5) and / or the core (4) or the ring (40), relative to the armature movement direction (30), at least at the axial height of the permanent magnet (5) has a preferably circumferential waist (49) or constriction (49).