DE1489622B1 - Elektromagnet mit tauchanker ankerfuehrungsrohr undu foer migem magnetjoch - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromagnet mit einem Tauchanker, einem von Spulenkörper und Spule umgebenen Ankerführungsrohr aus nichtmagnetischem Material und einem im wesentlichen U-förmigen Magnetjoch, dessen die U-Schenkel verbindender Teil parallel zur Achse des Ankerführungsrohres liegt.
• Bekannt ist es bei Elektromagneten der eingangs beschriebenen Art, das Magnetjoch mantelförmig auszubilden und aus gestanzten Blechstücken zusammenzusetzen, die U-förmig gebogen sind und jeweils mit einem Schenkel einen Teil der Mantelfläche des Jochs, mit dem die beiden Schenkel verbindenden Teil einen Ausschnitt aus einer Stirnwand des Magnetjochs und mit dem anderen Schenkel einen mit dem Magnetjoch zusammenhängenden Teil eines Magnetkerns bilden. Die Jochteile sind im wesentlichen zylindrisch aneinandergefügt, die Kernteile liegen flach aneinander auf. Das so gebildete Joch-Kernbauteil wird durch Verschweißen der Stoßstellen der Jochteile zusammengehalten. Im Vergleich gegenüber bekannten Magnetjochausbildungen, die topfartig gezogen sind oder aus einem Gußteil bestehen, ist durch die bekannte Ausbildung zwar eine rationellere Fertigung möglich, jedoch läßt die Wirkungsweise des bekannten Joch-Kernbauteils manche Wünsche der Fachwelt offen, insbesondere weil an der Stirnseite der Spule der Eisenquerschnitt relativ klein ist.
• Aus den gleichen Gründen genügen auch weiterhin bekanntgewordene U-förmige Magnetjoche, die einlagig, mehr oder weniger konzentrisch den Spulenkörper umgeben und entweder aus topfartigen Gußteilen oder aus gestanzten und gebogenen Blechteilen zusammengesetzt, vor allem miteinander verschraubt sind, den heutigen Anforderungen nicht mehr, vor allem dadurch, weil die bekannten Ausführungen in der Regel keine Kompaktbauweise zulassen und in der Herstellung zu aufwendig sind, insbesondere zu viele einzelne Arbeitsgänge erforderlich machen.
• Bei Relais mit Klappankern ist es außerdem bekanntgeworden, an dem parallel und mit Abstand gegenüber dem Spulenkörper verlaufenden Schenkel eines L-förmigen Magnetjochs ein Halte- oder Tragblech für den Anker aufzusetzen. Hierbei handelt es sich aber ausschließlich um eine Maßnahme zur entsprechenden Lagerung und Führung des Klappankers, wie sie für einen Tauchanker nicht anwendbar ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektromagnet der eingangs beschriebenen Gattung so auszubilden, daß er mit möglichst einfachen Mitteln in kompakter Bauweise herstellbar, insbesondere für eine Serienfertigung geeignet ist, einen funktionssicheren, robusten und verschleißfesten Aufbau, vor allem eine relativ große Magnetleistung aufweist und sich möglichst vielseitig ohne aufwendige Montage- und Wartungsarbeiten sowie möglichst unabhängig von äußeren Einflüssen einsetzen läßt.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das Magnetjoch aus zwei zu im wesentlichen U-förmigen Bügeln gebogenen Jochteilen von gleichen Abmessungen gebildet ist, die in der Art gegen- und ineinander angeordnet sind, daß die Schenkelabschnitte auf je einer Seite der U-Bügel unter flächenhafter i Berührung und unter fluchtender überdeckung der in ihnen vorgesehenen Bohrungen für das Ankerführungsrohr übereinanderliegen und auf diese Weise an den Stirnseiten der zwischen ihnen angeordneten -Spulen zweilagige Endwände aus magnetisch leitendem Material bilden.
• Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird mit besonders einfachen Mitteln erreicht, daß gerade an den Stellen, an welchen an sich ein großer Eisenquerschnitt zur Verbesserung des Magnetflusses zweckdienlich ist, nämlich an den Stirnseiten der Spule, ohne zusätzliche Mittel eine Verdoppelung des magnetisch leitenden Materials des Magnetjochs durch gegenseitige überlappung der Schenkel von U-förmigen Bügeln erzielt wird, die sich als billige Massenartikel durch einfache Stanz- und Falzvorgänge herstellen lassen. Das erfindungsgemäße Magnetjoch kann dabei relativ leicht, d. h., material-und gewichtssparend ausgebildet sein und zudem die Spule bzw. den Spulenkörper eng umfassen, so daß eine äußerst kompakte und kapsel- oder käfigartig geschützte Bauweise möglich ist, was insbesondere für besondere Anwendungsfälle von größter Bedeutung ist. Wesentlich ist dabei, daß im Vergleich gegenüber bekannten Elektromagneten durch die erfindungsgemäße Ausbildung nicht nur die Herstellung wesentlich vereinfacht ist und demnach auch die Herstellungskosten verringert sind, sondern daß gleichzeitig auch bei geringerem Gewicht und Bauvolumen die elektromagnetische Leistung des erfindungsgemäßen Elektromagnets größer ist und daß der funktionssichere und robuste Aufbau eine vielseitige Anwendung, auch unter härtesten Einsatzbedingungen, wie wechselnden und hohen Drücken sowie Temperaturen und anderen ungünstigen Einflüssen mit einer bisher nicht erreichten Wirtschaftlichkeit ermöglicht.
• Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß an einem Schenkel des einen Jochbügels zur Lagesicherung ein Vorsprung und an dem entsprechenden Schenkel des anderen Jochbügels eine dem Vorsprung entsprechende Ausnehmung ausgebildet ist. Zur gegenseitigen Sicherung der Jochbügel sind somit keine zusätzlichen Mittel erforderlich, so daß eine besonders leichte, rasche und vor allem wirtschaftliche Montage möglich ist.
• Vorteilhaft ist es auch, daß in den Schenkeln der Jochteile von den Bohrungen für das Ankerführungsrohr ausgehende und bis zum Außenrand verlaufende Schlitze vorgesehen sind, die unter anderem einen paßgerechten Sitz des Ankerführungsrohrs in den Bohrungen gewährleisten, dabei auch ein leichtes Aufsetzen der Jochbügel auf das Ankerführungsrohr ermöglichen, sowie verhindern, daß sich Herstellungstoleranzen schädlich auswirken können.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß jedes der Jochteile als gleiche Einheit aus einem im wesentlichen T-förmigen Blechzuschnitt hergestellt ist, an welchem die überstehenden Enden des Querbalkens des T zu den Schenkeln der U-Form und der überstehende untere Teil des Längsbalkens des T zwecks Bildung der Hälfte einer Seitenwand des Magnetjochs rechtwinklig aus der Blechebene abgebogen sind.
• Dabei kann nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen sein, daß die beiden Jochbügel zusammen aus einem einzigen Blechzuschnitt in der Form eines H hergestellt sind, an welchem die überstehenden Enden der senkrechten Balken zu den Schenkeln der U-Form und die mittleren Abschnitte der senkrechten Balken zwecks Bildung einer Seitenwand des Magnetjochs gegenüber dem Querbalken rechtwinklig aus der Blechebene abgebogen sind. Das Magnetjoch kann dadurch einstückig in einem Arbeitsgang ausgestanzt und anschließend in die endgültige Form gebogen werden, so daß für eine Serienfertigung annähernd optimale Bedingungen gegeben sind.
• Eine wesentliche Montageerleichterung wird nach der Erfindung auch dadurch erzielt, daß das Magnetjoch auf dem Ankerführungsrohr auf der einen Seite durch einen am Rohr ausgebildeten Flansch und auf der anderen Seite durch eine das Rohr in einer Nut umspannende und gegen die Endwand der Jocheinheit anliegende Klammer gehalten ist. Dabei kann zwischen dem Flansch und der einen Seite des Magnetjochs zusätzlich noch eine Haltemutter eingespannt werden, die als eine Art genormter Schnellverschluß für ein mit dem Elektromagneten zu verbindendes Ventil od. dgl. ausgebildet sein kann. Der Zusammenbau bzw. das Auswechseln von an den erfindungsgemäßen Elektromagneten angeschlossenen Ventilen od. dgl. ist demnach auch ohne Spezialwerkzeuge in kürzester Zeit auf einfachste Weise möglich.
• Weitere Bau- und Montagevorteile ergeben sich dadurch, daß das Ankerführungsrohr an einem Ende verschlossen und im Bereich der Endwand des Magnetjochs mit einem feststehenden Kern aus weichmagnetischem Material versehen ist. Das Ankerführungsrohr, das infolge der erfindungsgemäßen Einspannung besonders dünnwandig ausgebildet sein kann, ist dann im Bereich der Klammer zugleich verstärkt und es bedarf keiner besonderen Anordnung eines feststehenden Kerns aus weichmagnetischem Material. Außerdem lassen sich dadurch auch Tauchanker beliebiger Ausführungen verwenden, so daß sich der erfindungsgemäße Elektromagnet in besonders einfacher Weise mit Magnetventilen od. dgl. kombinieren läßt, insbesondere auch für eine Einkapselung in Kunststoff geeignet ist.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und den Zeichnungen hervor. Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines teilweise aufgeschnittenen, erfindungsgemäßen Elektromagneten, F i g. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II durch den Elektromagneten nach F i g. 1, F i g. 3 eine perspektivische Darstellung eines einbaufertigen U-förmigen Jochteils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, F i g. 4 eine Draufsicht auf einen T-förmigen Blechzuschnitt für das Jochteil gemäß F i g. 3, F i g. 5 eine perspektivische Darstellung eines einbaufertigen Magnetjochs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und F i g. 6 eine Draufsicht auf einen H-förmigen Blechzuschnitt für das Magnetjoch gemäß F i g. 5. Für einander entsprechende Teile sind in den Zeichnungen jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet. Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, ist der erfindungsgemäße Elektromagnet mit einem Magnetventil gekoppelt, das durch ein Ventilgehäuse 10 angedeutet ist und zwei Kammern 11 besitzt, die bei auf einem Ventilsitz 12 aufliegendem Ventilkörper 13 voneinander getrennt sind. Letzterer ist mit dem unteren Ende eines Tauchankers 14 verbunden, der in einem dünnen Ankerführungsrohr 15 verschiebbar angeordnet ist. Das Ankerführungsrohr 15 schließt einen feststehenden Kern 16 aus weichmagnetischem Material mit seinem oberen, verschlossenen Ende 17 ein. Um das Ankerführungsrohr 15 ist ein Spulenträger 18 angeordnet, der eine Spule 19 trägt, die über Kabel 20 an eine nicht näher dargestellte elektrische Stromversorgung angeschlossen ist.
• Das Ankerführungsrohr 15 weist an seinem unteren, offenen Ende einen Flansch 23 auf, der auf einen Absatz 22 in dem Ventilgehäuse 10 unter Vermittlung einer Dichtung 24 abgestützt ist und von einer Haltemutter 25 angedrückt wird, die auf das Ankerführungsrohr 15 aufgeschoben und über ein entsprechendes Innengewinde 21 mit dem Ventilgehäuse 10 verschraubt ist. Der Flansch 23 des Ankerführungsrohrs 15 wird auf diese Weise lösbar, aber dennnoch dicht und sicher mit dem Ventilgehäuse 10 verbunden, ohne daß es besonderen Krafteinwirkungen ausgesetzt wäre. Es kann daher besonders dünnwandig aus nichtmagnetischem Material hergestellt werden, wobei die Wandstärke gegenüber bisher üblichen Ausführungen mit Gewinde- bzw. Lötanschlüssen von etwa 1,6 mm bzw. 0,8 mm nunmehr bis auf die Größenordnung von 0,5 mm Dicke abgesenkt werden kann. Wirbelströme lassen sich auf diese Weise auf ein Minimum verringern.
• Wie insbesondere aus den F i g. 3 und 4 ersichtlich ist, setzt sich gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Magnetjoch 30 bis 41 aus zwei zu im wesentlichen U-förmigen Bügeln 31, 41, 32 gebogenen Jochteilen von gleichen Abmessungen zusammen. Die Jochteile 31, 41, 32 sind dabei derart gegen- und ineinander angeordnet, daß sie mit Schenkelabschnitten 31 und 32 auf je einer Seite der U-Bügel unter flächenhafter Berührung und unter fluchtender überdeckung mit Bohrungen 35, die jeweils in Schlitzen 36 auslaufen, sich leicht auf das Ankerführungsrohr 15 aufstecken bzw. in die Spule 19 einfädeln lassen und auf diese Weise an den Stirnseiten der zwischen ihnen angeordneten Spule 19 jeweils zweilagige Endwände 31 und 32 aus magnetisch leitendem Material bilden. Die Herstellung ist denkbar einfach, da, wie aus F i g. 4 ersichtlich, jedes Jochteil 31, 41, 32 aus einem im wesentlich T-förmigen Blechzuschnitt 31, 41, 30, 32 besteht, aus welchem sich durch rechtwinkliges Umbiegen der beiden Schenkel 31 und 32, welche die überstehenden Enden des Querbalkens des T bilden, ein U-Bügel formen läßt, an dessen einer offenen Seite dann noch ein den Längsbalken des T bildender Teil 30 als Hälfte einer Seitenwand des Magnetjochs zur Anlage gebracht wird. Der Blechzuschnitt 31, 41, 30, 32 weist zu diesem Zweck eine obere, gerade durchgehende Kante 33 und an der unteren Seite der Schenkel 31 und 32 konvex gekrümmte Unterkanten 34 auf, die mit einem Absatz versehen sein können und in den überstehenden Teil 30 des Längsbalkens 41, 30 des T übergehen.
• Zur gegenseitigen Lagesicherung in zusammengebautem Zustand sind an jedem Blechzuschnitt 31, 41, 30, 32 an dem Schenkel 31 ein Vorsprung 38 und an dem Schenkel 32 eine dem Vorsprung 38 entsprechende Ausnehmung 39 vorgesehen, die jeweils mit einem entsprechenden Vorsprung 39 und einer entsprechenden Ausnehmung 38 eines weiteren Bügels 32, 41, 31 beim Zusammenbau der beiden Jochteile ineinander einrasten und das Magnetjoch in einer Stellung zusammenhalten, die sich äußerlich in nichts von der aus F i g. 5 ersichtlichen, einteiligen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetjochs unterscheidet.
• Wie aus den F i g. 5 und 6 ersichtlich ist, besteht das Magnetjoch gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einem einteiligen H-förmigen Blechzuschnitt 32, 41, 31, 30, 31, 41, 32, der aus zwei, gegenseitig um 180° gegeneinander und mit ihren Teilen 30 der Längsbalken 41, 30 zusammengestoßenen T-förmigen Blechzuschnitten gemäß F i g. 4 zusammengesetzt sein kann. Zum Unterschied dazu sind jedoch in F i g. 6 die rechten Schenkel 31 und 32 länger ausgebildet als die linken Schenkel 32 und 31. Entsprechend sind auch die strichpunktierten Knicklinien 40 im rechten Teil des H-förmigen Blechzuschnitts gegenüber den Knicklinien im linken Teil weiter nach außen versetzt, so daß die größeren Schenkel 31, 32 die kleineren Schenkel 32, 31 beim gegenseitigen Ineinandergreifen jeweils von außen in der vorbeschriebenen Weise überlappen. Die Bildung von zweilagigen Endwänden 31, 32 kann aber auch in anderer Reihenfolge der Schenkelabschnitte 31, 32 erfolgen. Wesentlich ist dabei, daß die gegenseitige Überlappung jeweils unter flächenhafter Berührung und fluchtender Überdeckung der für das Ankerführungsrohr 15 vorgesehenen Bohrungen 35 erfolgt.
• Die Wirkungsweise des einteiligen Magnetjochs gemäß den F i g. 5 und 6 ist die gleiche wie die des aus zwei Jochteilen 31, 41, 32 und 32, 41, 31 zusammengesetzten Magnetjochs gemäß den F i g. 1 bis 4. Die zweite Ausführungsform hat aber gegenüber der ersten den Vorteil, daß sie noch einfacher und billiger in der Herstellung ist, auch ohne eine Lagesicherung 38, 39 den gegenseitigen überlappungszustand der Schenkel 31 und 32 beibehält und vor allem parallel zur Achse des Ankerführungsrohrs 15 mit Seitenwänden 41 bzw. 30 von minimaler Dicke versehen sein kann, wodurch Verluste durch Wirbelströme bedeutend verringert und gleichzeitig die Leistung des Elektromagneten trotz kleinster Bauweise und geringem Gewicht wesentlich vergrößert werden kann. Zur Verringerung der Wirbelstromverluste tragen außerdem die Schlitze 36 der Bohrungen 35 sowie eine schlitzartige Ausnehmung 29 in der Mitte des H-Balkens 41, 30, 41 bei.
• Beide Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetjochs lassen, wie insbesondere aus F i g. 1 ersichtlich ist, eine besonders raumsparende und gedrängte Bauweise des Elektromagneten zu. So können in an sich bekannter Weise das Magnetjoch 30 bis 41 sowie die Spule 19 und der Spulenkörper 18 in an sich bekannter Weise in Kunststoff eingekapselt sein, wobei sich durch Ausbildung von Befestigungslöchern 37 in den T-Balken 41 bzw. in den Querbalken 41, 30, 41 des H eine besonders innige Verbindung zwischen diesen Teilen erzielen läßt. Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, ist als Einkapselung ein im wesentlichen zylindrisches Formteil 45 aus einem Kunststoff, z. B. Epoxiharz vorgesehen, das anschlußseitig in einen zylindrischen Stutzen 46 übergeht, in den die Kabel 20 eingebettet sind.
• Zur Befestigung der auf diese Weise gebildeten Jocheinheit dient eine Klammer 47, die in eine Umfangsnut 48 des Ankerführungsrohrs 15 nach Aufschieben der Jocheinheit und Auflegen einer Endwand 49 eingreift und diese gegenüber dem Ankerführungsrohr festhält und gleichzeitig die untere Stirnseite der Jocheinheit gegen einen Flansch der Haltemutter 25 bzw. gegen den Flansch 23 des Ankerführungsrohrs 15 drückt. Die Befestigung ist demnach denkbar einfach und mit billigsten Mitteln schnell herstellbar sowie außerdem noch äußerst robust und zuverlässig.
• Darüber hinaus kann auf den Stutzen 46 ein genormtes Paßstück 50 mit einer Steckdose für den Anschluß an einen Stromkreis aufgesetzt und durch Einlegen einer Dichtung, z. B. eines O-Rings 54, der Anschluß wasser- und druckdicht gehalten werden. Das Paßstück 50 oder eine Halterung für den Elektromagneten ist mit Armen 51 versehen, welche die Jocheinheit seitlich teilweise umgreifen und über Schrauben 53 od. dgl., welche in die Befestigungslöcher 37 der Jochteile 41 eingreifen, schnell und sicher anbringbar und auch auswechselbar. Ebenso einfach und rasch kann, wie in F i g. 2 angedeutet ist, der Ventilkörper 13 mittels eines Stiftes 74, der in eine Öffnung 76 einer Verlängerung des Tauchankers 14 eingreift, angebracht bzw. ausgewechselt werden.
• Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Elektromagnet mit einem Tauchanker, einem von Spulenkörper und Spule umgebenen Ankerführungsrohr aus nichtmagnetischem Material und einem im wesentlichen U-förmigen Magnetjoch, dessen die U-Schenkel verbindender Teil parallel zur Achse des Ankerführungsrohres liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetjoch (30 bis 41) aus zwei zu im wesentlichen U-förmigen Bügeln (31, 41, 32) gebogenen Jochteilen von gleichen Abmessungen gebildet ist, die derart gegen- und ineinander angeordnet sind, daß die Schenkelabschnitte (31, 32) auf je einer Seite der U-Bügel unter flächenhafter Berührung und unter fluchtender Überdeckung der in ihnen vorgesehenen Bohrungen (35) für das Ankerführungsrohr (15) übereinanderliegen und auf diese Weise an den Stirnseiten der zwischen ihnen angeordneten Spule (19) zweilagige Endwände (31, 32) aus magnetisch leitendem Material bilden.
2. 2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Schenkel (31 bzw. 32) des einen Jochbügels (31, 41, 32) zur Lagesicherung ein Vorsprung (38) und an dem entsprechenden Schenkel (32 bzw. 31) des anderen Jochbügels (32, 41, 31) eine dem Vorsprung (38) entsprechende Ausnehmung (39) ausgebildet ist.
3. 3. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schenkeln (31, 32) der Jochteile (31, 41, 32) von den Bohrungen (35) für das Ankerführungsrohr(15) ausgehende und bis zum Außenrand verlaufende Schlitze (36) vorgesehen sind.
4. 4. Elektromagnet nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Jochteile (31, 41, 32) als gleiche Einheit aus einem im wesentlichen T-förmigen Blechzuschnitt (31, 41, 30, 32) hergestellt ist, an welchem die überstehenden Enden des Querbalkens des T zu den Schenkeln (31, 32) der U-Form und der überstehende untere Teil (30) des Längsbalkens des T zwecks Bildung der Hälfte einer Seitenwand (30) des Magnetjochs rechtwinklig aus der Blechebene abgebogen sind.
5. 5. Elektromagnet nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch @.:ekennzeichnet. daß die beiden Jochbügel (31, 41, 32) aus einem einzigen Blechzuschnitt (32. 41, 31, 30, 31. 41, 32) in der Form eines »H« herzgestellt sind, an welchem die überstehenden Enden der senkrechten Balken zu den Schenkeln (31, 32) der U-Form und die mittleren Abschnitte der senkrechten Balken zwecks Bildung einer Seitenwand (30) des Magnetjochs (30 bis 41) gegenüber dem Querbalken rechtwinklig aus der Blechebene abgebogen sind. C.
6. Elektromagnet nach den Ansprüchen 1. bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetjoch (30 bis 41) auf dem Ankerführungsrohr (15) auf der einen Seite durch einen am Rohr ausgebildeten Flansch (22) und auf der anderen Seite durch eine das Rohr in einer Nut (48) umspannende und #Tegen die Endwand (49) der Jocheinheit anliecende Klammer (47) gchalten ist.
7. 7. Elektromagnet nach den Ansprüchen 1 bis <, dadurch gekennzeichnet. daß das Ankerführungsrohr (15) an einem Ende (17) verschlossen und im Bereich der Endwand (49) des Magnetjochs (30 bis 41) mit einem feststehenden Kern (1l>) aus weichmagnetischem Material versehen ist.