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Haltemagnetsystem nach dem Prinzip des Sperrmagneten Es ist bekannt,
daß zur Betätigung von elektrischen Schaltgeräten mit kurzen Schaltzeiten Haltemagnete
nach dem Prinzip des sogenannten Sperrmagneten verwendet werden. Ein solcher Sperrmagnet
besitzt eine Steuerwicklung (Sperrwicklung), durch die bei entsprechender Erregung
der Eisenweg in der Nähe der Pole gesättigt wird; das hat zur Folge, daß der den
Anker durchsetzende magnetische Gleichfluß in einen magnetischen Nebenweg abgedrängt
wird, so daß der Anker abfällt bzw. unter der Wirkung einer Feder abgerissen wird.
Gegenüber Haltemagneten, bei denen der über den Anker fließende Kraftfluß durch
Gegenerregung geschwächt wird, hat der Sperrmagnet den Vorteil, daß seine Wirkungsweise
unabhängig von der Polung der Steuererregung ist, und daß auch eine überstarke Steuererregung
niemals ein Haften oder ein Zurückholen des Ankers verursachen kann.
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Man hat bisher Sperrmagnete mit zwei oder drei lamellierten Eisenschenkeln
ausgeführt; die Lamellierung ist deswegen vorteilhaft, weil sonst bei Erregung der
Steuerwicklung erhebliche Wirbelströme induziert «-erden, die die Ansprechzeit des
Magneten vergrUern. Es ist auch bereits ein Vorschlag bekanntgeworden, den Sperrmagneten
nach Art eines Topfmagneten mit einem Mittelpol und einem ringförmigen Außenpol
auszuführen. In diesem Zusammenhang wurde auch bereits eine Konstruktion angegeben,
die es ermöglicht, den Eisenkörper eines derartigen topfförmigen Sperrmagneten zu
lamellieren. Nach dieser bekannten Konstruktion wird der Eisenkörper aus Blechen
zusammengesetzt, die um eine ringförmige Erregerwicklung herumgebogen und von außen
nach innen keilförmig geschnitten sind, so daß sie als Sektoren zu einem Hohlring
zusammengesetzt werden können. Bei Haltemagneten ohne Sperrwicklung und mit rechteckförmiger
Auflagefläche des Ankers ist es ferner bekannt, eine Mehrzahl von Polflächen mit
wechselnder Magnetisierungsrichtung nebeneinander anzuordnen, wobei diese Polflächen
durch die Endquerschnitte einander überlappender Bleche entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung
gebildet werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Haltemagnetsystem, bei dem nach
dem Prinzip des Sperrmagneten bei Erregung einer Steuerwicklung (Sperrwicklung)
der Eisenweg in der Nähe der Pole gesättigt wird, so daß ein den Anker durchsetzender
Gleichfluß in einen magnetischen Nebenweg abgedrängt wird, und das mit ringförmiger
Auflagefläche des Ankers und lamelliertem Eisenweg versehen ist, und besteht darin,
daß mehrere von einer gemeinsamen Steuerwicklung durchsetzte Pakete ebener Eisenbleche
im Kreise derart angeordnet sind, daß die Blechebenen bezüglich der Mittelachse
des Systems etwa radial gerichtet sind, und daßjeweils benachbarte Blechpakete in
entgegengesetzten Richtungen vom Gleichfluß durchsetzt sind. Das Haltemagnetsystem
besitzt demnach keinen Mittelpol; der Anker liegt vielmehr auf ringförmig angeordneten
Einzelpolen auf, von denen benachbarte Polflächen jeweils verschiedene Polungen
besitzen. Die Erfindung gestattet es, für den gesamten lamellierten Eisenweg des
Magneten ebene Bleche zu verwenden; sie ermöglicht ferner ein bequemes Einziehen
der Sperrwicklung in die für sie vorgesehenen Durchtrittsöffnungen. Die Verwendung
ebener Eisenbleche vereinfacht nicht nur die Fertigung; ihre wesentliche Bedeutung
liegt vielmehr darin, daß die für diese Zwecke verwendeten Spezialbleche ihre magnetischen
Vorzugseigenschaften mehr oder weniger verlieren, sobald sie verformt werden.
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Die Magnetisierung der einzelnen Blechpakete für die Erzeugung des
Gleichflusses kann durch zwischen den Paketen angeordnete Elektromagnete erfolgen.
Mit besonderem Vorteil können jedoch gemäß der weiteren Erfindung zwischen den Eisenblechpaketen
im wesentlichen keilförmige Dauermagnete eingelagert sein, deren Magnetisierungsrichtung
mit der Umfangsrichtung des Haltemagnetsystems übereinstimmt. Nach einem weiteren
Erfindungsgedanken können die magnetischen Nebenwege zur Aufnahme des bei Erregung
der Sperrwicklung vom Anker abgelenkten Flusses durch Pakete ringscheibenförmiger
Eisenbleche gebildet sein, die den radial angeordneten Blechpaketen unter Belassung
eines nichtmagnetischen Zwischenraumes von innen anliegen. Das Haltemagnetsystetn
ist vorzugsweise in einem becherförmigen Behälter angeordnet. Der Boden des Behälters
kann mit Vorteil ebenfalls als magnetischer Nebenweg ausgenutzt werden; er besteht
dann aus Eisen und ist von den radial
angeordneten Blechpaketen
durch einen nichtmagnetischen Zwischenraum getrennt. Es empfiehlt sich, das Haltemagnetsystem
zur Fixierung seiner einzelnen Teile gegeneinander mindestens teilweise mit einem
Gießharz auszugießen.
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Die radial angeordneten Blechpakete bestehen zweckmäßig aus Weicheisenblechen
mit hoher Anfangspermeabilität und geringer Remanenz. Mit besonderem Vorteil wird
mindestens in der Umgebung der Sperrwicklung ein Eisen gewählt, das eine annähernd
rechteckförmige Magnetisierungsschleife besitzt. Man kann dann mit einer verhältnismäßig
geringen Steuererregung eine vollständige Sättigung des Eisens erzielen. Im Rahmen
der Erfindung kann für das Haltemagnetsystem als Anker ein Weicheisenring verwendet
sein, dessen Ouerschnittsfläche, senkrecht zur Ringebene gemessen, etwa gleich der
halben Polfläche eines einzelnen radial angeordneten Eisenblechpaketes ist. Bei
einem derartigen Anker ist die dem Fluß zur Verfügung stehende Querscbnittsfläche
innerhalb des Angers etwa gleich der Eintrittsfläche des Flusses. Es ist nicht erforderlich,
daß der gesamte Ankerquerschnitt oberhalb der Polflächen der einzelnen Blechpakete
liegt; es ist vielmehr zur Erzielung einer geringen Ankermasse vorteilhaft, wenn
der Ankerring über die Polflächen nach innen ragt.
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Die Fig. 1 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
zwar Fig. 1 im axialen Querschnitt, Fig. 2 in einem Querschnitt längs der Linie
A-B der Fig. 1 und Fig. 3 in Aufsicht mit weggenommenem Anker; Fig.4 zeigt in vereinfachter
Form den Flußverlauf im Anker bei der Anordnung nach den übrigen Figuren.
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Das Haltemagnetsystem nach den Fig.1 bis 3 ist symmetrisch zur Achse
1 ausgebildet. Es ist zusammengesetzt aus zwölf Weicheisen-Blechpaketen 2, in deren
Zwischenräume Dauermagnete 3 eingelagert sind, die die Form stumpfer Keile haben.
Die Dauermagnete 3 sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, in Umfangsrichtung des
Systems derart magnetisiert, daß die Magnetisierungsrichtungen benachbarter Magnete
jeweils einander entgegengesetzt sind. Die Polflächen der einzelnen radial angeordneten
Eisenblechpakete sind mit 2a bezeichnet; infolge der geschilderten Anordnung der
Dauermagnete 3 bilden die Polflächen 2 a jeweils abwechselnd einen Nord- und einen
Südpol. Auf sämtlichen Polflächen 2 a liegt ein gemeinsamer Anker 4. Zwischen dem
Anker 4 und den Polflächen 2 a befindet sich ein Luftspalt von wenigen hundertstel
Millimetern Dicke, der beispielsweise durch vereinzelte entsprechende Erhebungen
auf der Anker- oder Polfläche hergestellt sein kann.
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Der Zentralteil des Haltemagnetsystems wird durch einen nichtmagnetischen
Körper 5 gebildet. Auf den unteren Teil des Zentralkörpers 5 sind Ringscheiben 6
aus Weicheisenblech aufgesteckt, die magnetische .Nebenwege zwischen benachbarten
Blechpaketen 2 bilden. Die Eisenringe 6 sind von den Paketen 2 durch einen nichtmagnetischen
Zwischenraum 7 getrennt, der beispielsweise durch eine Papierschicht ausgefüllt
sein kann.
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Sämtliche Teile des Haltemagnetsystems befinden sich in einem becherförmigen
Gehäuse, das aus dem Mantel 8 und dem Boden 9 besteht. Der Boden 9 besteht aus Weicheisen
und ist von den Blechpaketen 2 durch einen nichtmagnetischen Zwischenraum 9.0 getrennt.
Er bildet also ebenfalls einen magnetischen Nebenweg zwischen den einzelnen Blechpaketen
2. Die Blechpakete 2 besitzen Durchtrittsöffnungen 2 b. in die die Steuerwicklung
(Sperrwicklung) 11 eingefädelt ist. Die Leiter der Steuerwicklung verlaufen in Umfangsrichtung
des Haltemagnetsystems, in dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt also senkrecht
zur Zeichenebene. Die Anschlüsse der Steuerwicklung 11 sind mit 11a bezeichnet.
Das Einfädeln der Sperrwicklung 11 kann in einfacher Weise derart erfolgen, daß
je die Hälfte der Blechpakete, d. h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs Blechpakete,
zunächst linear nebeneinander angeordnet und die beiden Paketgruppen einander gegenübergestellt
werden. Der Leiter der Sperrwicklung 11 kann dann durch die Öffnungen 2b von jeweils
sechs Paketen geradlinig hindurchgeführt werden. Die Blechpakete 2 erhalten also
ihre ringförmige Anordnung erst nach Einfädeln der Sperrwicklung.
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Der Zentralteil 5 weist einen Hohlraum 12 auf, in dem eine bewegliche,
hohlzylindrische Hülse 13 angeordnet ist. Die Hülse 13 steht unter der Wirkung einer
Druckfeder 14; sie hat die Aufgabe, den losgelassenen Anker zu beschleunigen. Der
Anker kann - in nicht dargestellter Weise - geführt und mit einem oder mehreren
beweglichen Schaltstücken unmittelbar verbunden sein.
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Die Teile des Sperrmagnetsystems werden zunächst, solange der Becherboden
9 noch nicht aufgeschraubt ist, provisorisch in ihrer Lage fixiert, beispielsweise
durch (nicht dargestellte) Schrauben, die in den Mantel 8 eingelassen sind. Die
freien Räume zwischen den Teilen des Systems werden dann von der Bodenseite her
mindestens teilweise mit einem Gießharz 15 ausgegossen, das in den Zeichnungen durch
punktierte Flächen gekennzeichnet ist. Der auf diese Weise entstandene feste Bauteil
wird dann an der dem Anker zugewandten Fläche und an der Bodenfläche eben geschliffen.
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Die Polflächen 2 a der einzelnen Blechpakete 2 sind in Fig.3 stark
umrandet gezeichnet. Der in Fig.1 sichtbare Querschnitt 4 a des Ankers 4 hat einen
Flächeninhalt, der etwa halb so groß ist wie der der Polflächen 2 a. Wie aus Fig.
1 ersichtlich ist, ist der Anlcerring 4 über die Polflächen 2a hinaus nach innen
verbreitert. Der Flußverlauf im Anker ist schematisch in Fig. 4 dargestellt, die
die oberen Enden dreier Blechpakete 2 und einen Teil des Ankers 4 in Abwicklung
zeigt.
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Die Wirkungsweise des Sperrmagneten nach den Fig. 1 bis 3 ist folgende:
Bei unerregter Sperrwicklung 11 verläuft der von den Dauermagneten 3 erzeugte Fluß
durch die Blechpakete 2 zum größten Teil über den Anker 4, da der magnetische Widerstand
der Nebenwege 6 und 9 einschließlich der Luftspalte 7 und 10 größer ist als der
magnetische Widerstand des Ankerweges. Bei entsprechender Erregung der Sperrwicklung
11 wird das Eisen der Blechpakete 2 in der Umgebung der Durchtrittsöffnungen 2 b
gesättigt; der von den Dauermagneten 3 erzeugte Fluß kann dann durch die Eisenstege
beiderseits der Öffnungen 2 b nicht mehr hindurchtreten, so daß er in die Nebenwege
6 bzw. 9 abgedrängt wird. Der den Anker durchsetzende Fluß nimmt demnach bei Erregung
der Sperrwicklung 11 ab; der Anker wird abgerissen, sobald die magnetische Haltekraft
die Gegenkraft der Feder 14 unterschreitet.