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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Klappanker-Elektromagnetsystem,
wie es insbesondere für Relais, Kontaktgeber, Schaltgeräte, Steuergeräte oder für
sonstige Antriebszwecke Verwendung findet.
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Elektromagnete mit Klappanker oder Drehanker sind in verschiedenen
Ausführungsformen bekannt. Bei einer bekannten Ausführungsform eines Elektromagneten
mit Drehanker weist der Magnetkern, auf den die Spule gewickelt ist, eine U-Form
auf, wobei der Drehanker oberhalb der beiden Schenkel als drehbares Joch ausgebildet
ist. Fließt ein Strom, so versucht der Drehanker sich in Richtung, einer
Verkleinerung der Luftspalte zu bewegen, d. h., sich in der Ebene des U-förmigen
Kerns auszurichten.
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Nachteilig ist bei einer solchen Ausbildung zunächst ein ungünstiger
Verlauf der Zugkraft bzw. des Drehmoments in Abhängigkeit vom Weg bzw. Drehwinkel.
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Da die Magnetkraft abhängt von der Änderung der Luftspaltgröße bei
einer gegebenen Bewegung, kann
bei der beschriebenen Ausführung keine große
Schheßkraft erreicht werden, weil der Vektor des magnetischen Flusses im Luftspalt
senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Ankerenden steht und somit eine Luftspaltänderung
nur durch die zu- bzw. abnehmende überdeckung der Polenden des Kerns durch den Drehanker
gegeben ist.
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Es kommt nachteilig hinzu, daß auch in der Schließstellung ein Luftspalt
verbleiben muß, da sonst eine Drehbewegung auf Grund der Reibung nicht möglich wäre.
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Abgesehen von dem magnetischen Widerstand des Luftspalts ergibt sich
hieraus eine große Kraftwirkung zwischen Kein und Anker, deren Richtung mit der
Drehachse zusammenfällt, also nicht genutzt werden kann, sondern im Gegenteil durch
ein kräftiges und damit schweres Lager aufgefangen werden muß.
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Der letztere Nachteil kann vermieden werden, wenn der Drehanker nicht
oberhalb eines U-förmigen Kerns angeordnet wird, sondern derart zwischen die freien
Schenkelenden des Kerns verlegt wird, daß der Magnetfluß an den Stimseiten des etwa
stabförmigen Ankers ein- bzw. austritt und die magnetischen Kräfte somit in Längsrichtung
des Ankers wirken. Eine solche Ausbildung ist leicht durch Anordnung von kurzen,
einwärts gerichteten Polschuhen an den freien Enden des Kerns zu schaffen.
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Nachteilig bleibt jedoch auch bei dieser Anordnung die ungünstige
Charakteristik des Zugkraft-bzw. Drehmomentenverlaufs und die unvermeidbaren Luftspalte,
die keine Ausnutzung der Streufelder gestatten.
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Eine Verbesserung der Charakteristik des Zugkraft- bzw. Drehmomentenverlaufs
läßt sich nur erreichen, wenn der Luftspalt in der Schließstellung ganz geschlossen
wird und hierbei wenigstens eine Komponente des magnetischen Flusses in Richtung
der Schließbewegung fällt. Bei solchen Magnetsystemen ist der Anker insofern nur
noch begrenzt schwenkbar, als er an den Polansätzen anschlägt, und somit als Klappanker
zu bezeichnen.
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Auch ein die vorgenannte Bedingung erfüllender Elektromagnet mit Klappanker
ist bereits bekannt. Dieser bekannte Elektromagnet weist zwei parallel nebeneinanderliegende
Spulen auf, wobei das untere Ende des einen Spulenkerns mit dem oberen Ende des
anderen Spulenkerns durch ein schräg zur Längsachse der Spulen außerhalb der die
beiden Spulenachsen enthaltenden Mittelebene und parallel zu dieser verlaufendes
Joch verbunden ist. Dieses Joch dient gleichzeitig als Grundplatte. Seine Enden
sind zur Mittelebene hin abgebogen; an diesen abgebogenen Enden sind die Spulenkerne
festgeschraubt.
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Der Klappanker bei dieser bekannten Ausbildung ist in gleicher Weise
gestaltet; seine abgebogenen .Enden überdecken die freien Enden der Magnetkeine
und legen sich in der Schließstellung an diese an.
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Sein Mittelteil verläuft auf der dem Joch gegenüberliegenden Seite
der Mittelebene außerhalb derselben.
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Die Drehachse liegt zentral zwischen den beiden Spulen. Zwar gelingt
nun mit einer solchen Ausbildung eine Verbesserung der Drehmomentencharakteristik;
nachteilig bleibt jedoch, daß die bauliche Anordnung, bei der der Magnetfluß in
Joch und Anker einseitig aus der Mittelebene des Geräts herausverlegt ist, eine
Empfindlichkeit gegenüber äußeren magnetischen Störfeldern zur Folge hat.
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Die Bauweise ist recht aufwendig; außer dem Klappanker sind drei weitere
Hauptteile, nämlich das Joch und zwei Spulen mit je einem Kern notwendig.
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Insbesondere führt auch die in bezug auf die Mittenebene unsymmetrische
Bauweise zu einer ungünstigen Lagerung des Klappankers. Da die magnetischen Kräfte
in der Mittenebene wirken und die Lagerstelle aus der Nfittenebene herausverlegt
ist, können Biegemomente auftreten, die Lager und Lagerzapfen beanspruchen.
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Mit Sicherheit treten derartige Beanspruchungen auf, wenn das Gerät
Stößen, Erschütterungen und Vibrationen ausgesetzt ist. Die hierbei auftretenden
dynamischen Reaktionskräfte belasten die Lagerung und haben damit erhöhten Verschleiß
zur Folge und können zu einem Verkanten oder Verklemmen führen.
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Es ist schließlich ein elektrisches IGappanker-Magnetsystem bekanntgeworden,
bei dem zwei U-förmige Magnetkerne vorhanden sind, die symmetrisch bezüglich der
Ankerdrehachse liegen und wobei jedem dieser U-Kerne ein Arm des Ankers als Joch
zugeordnet ist. Bei einer solchen Ausbildung entstehen zwei voneinander unabhängige
Magnetflüsse in jedem Kein und der dazugehörigen Ankerhälfte. Jeder dieser Magnetflüsse
muß zwei Luftspalte überwinden; das gesamte System weist also vier Luftspalte auf.
Damit herrschen auch bei einer solchen Ausbildung die oben ausgeführten Nachteile
bezüglich magnetischer Streufelder und des magnetischen Widerstands vor.
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Die vorliegende Erlmdung bezweckt die Vermeidung der vorerwähnten
Nachteile, d. h. die Schaffung eines gegenüber Stößen, Vibrationen u. dgl.
betriebssicheren Elektromagneten mit Klappanker von einfachem, robustem Aufbau,
der eine gute Abschirmung gegenüber Störfeldern gewährleistet und ohne ungenutzte
Streufelder.
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Ausgegangen ist hierbei von einem Antriebsmagneten der oben beschriebenen
bekannten Ausbildung, bei dem der magnetische Fluß in der Projektion auf eine zur
Drehachse des Ankers senkrechte Ebene den Verlauf einer 8 aufweist.
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Erfindungsgemäß ist der Anker in seinem Mittelteil als ein den Kein
mit der Wicklung umfassender vierseitiger, rechtwinkliger Rahmen ausgebildet, von
dessen achsparallelen Rahmenseiten zwei zentralsymmetrisch zur Ankerachse angeordnete,
die Polansätze -des Kerns überdeckende Ankerarme ausgehen,
derart,
daß der im Anker verlaufende magnetische Fluß sich über die Rahmenseiten in zwei
Teilwege verzweigt und um den Kein herumge-. leitet ist.
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Es ist besonders zweckmäßig, den Kern stabförmig auszubilden und an
den Enden je einen rechtwinklig zur Stabachse abstehenden Polansatz in zentralsymmetrischer
Anordnung vorzusehen.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, den Anker im mittleren Teil der nicht
Ankerarme tragenden Rahmenseiten zu lagern.
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Schließlich ist es zweckmäßig, wenn die zusammen-
wirkenden,
den Luftspalt begrenzenden Oberflächen der Polansätze und der Ankerarme
je in einer durch die Ankerachse -ehenden Ebene liegen. Durch die letztgenannte
Ausbildung wird eine günstige Zugkraftcharakteristik mit großer Schließkraft erreicht.
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Nachfolgend werden an Hand eines Ausführungsbeispiels weitere Einzelheiten
erläutert.
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F i g. 1 zeigt die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Elektromagneten;
F i g. 2 stellt den Schnitt nach Linie II-II aus F i g. 1 dar; F i
g. 3 zeigt eine Ausbildung mit abgeschrägten Polen.
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Auf den Magnetkern 1 ist die Spule 3 äufgewickelt. Von
beiden Enden gehen Polschuhe 4 und 5 derart aus, daß Kein 1 und Polschuhe
4 und 5 zusammen etwa Z-Form bilden. Der Magnetanker 2 weist ein den Kein
1 umfassendes Nfittelteil auf, von dem an gegenüberliegenden Seiten Enden
in verschiedenen Richtungen ausgehen, die mit den freien Flächen der Polschuhe 4
und 5 zus2Tnrnenwirken.
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Der Anker 2 ist zu beiden Seiten der in F i g. 2 strichpunktiert
dargestellten Nfittenebene bei 6 gelagert.
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Die ganze Anordnung ist zentralsymmetrisch zur Lagerachse.
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Der Drehmomentenverlauf kann durch Abschrägen der Polenden, wie in
F i g. 3 dargestellt, verändert und einem erwünschten Verlauf angepaßt werden.
In F i g. 3 liegen beide Luftspalte in einer durch die Drehachse
6 gehenden Ebene. Dabei ergibt sich ein maximales Schließmoment, weil hier
der Vektor der magnetischen Kraft im Schließspalt in einem maximalen Abstand von
der Drehachse 6 verläuft. Der beschriebene Elektromagnet mit Klappanker wird
von äußeren Magnetfeldern, wie sie -in Elektrogeräten auftreten, wegen des
den Kein umfassenden und abschirmenden Ankers nicht beeinflußt. Trotz seines sehr
einfachen Aufbaus ist er sehr robust, besonders hinsichtlich der Lagerung, und damit
auch gegenüber Stößen, Rütteln und Vibrationen betriebssicher.