DE1564793B2 - Magnetanordnung fuer die betaetigung von geraeten mit relativ grossem betaetigungsweg - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Magnetanordnung für die Betätigung von Geräten mit relativ großem Betätigungsweg.

Zur Betätigung von Geräten sind oft Antriebe erwünscht, die einen großen Hub ausführen und die diesen Hub bereits mit einer verhältnismäßig großen Kraft beginnen. Ein derartiges Verhalten zeigen beispielsweise die bekannten Druckluftantriebe.

Es ist auch bekannt, zur Betätigung von Geräten Magnetanordnungen zu verwenden. Bei diesen kann zwar der Hub durch entsprechende Bemessung des Luftspaltes zwischen dem Magnetkörper und einem Anker vergrößert werden, jedoch wird die Zugkraft bei Beginn des Hubes durch den größeren Luftspalt sehr

Ferner ist zur Betätigung von Schaltapparaten in genau einzuhaltenden Stellungen eine Magnetanordnung mit drei axial hintereinander angeordneten Wicklungen und darin beweglichen Solenoidankern bekannt geworden (FR-PS 8 12 818). Der magnetische Fluß erstreckt sich jeweils über den der erregten Wicklung zugeordneten Anker und den benachbarten Anker. Sind alle Wicklungen erregt, so verläuft der magnetische Pfad über alle Anker und den gesamten Magnetkörper. Diese Anordnung ist hinsichtlich der Anzahl der Stufen und damit hinsichtlich des Arbeits-Vermögens durch die Länge des magnetischen Pfades und die beschränkte Verschiebbarkeit der Anker im Bereich ihrer zugehörigen Wicklung begrenzt, denn es muß sichergestellt sein, daß keiner der einzelnen Solehoidanker aus dem Einflußbereich seiner Spule heraus bewegt wird.

Die Erfindung geht von einer Magnetanordnung für die Betätigung von Geräten mit relativ großem Betätigungsweg aus, welche aus mehreren axial angeordneten Wicklungen und Ankern, die die mechanisch in Reihe geschaltet sind, besteht.

■ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Begrenzung hinsichtlich der möglichen Anzahl der Stufen und des Arbeitsvermögens zu überwinden und eine Magnetanordnung zu schaffen, die zum Antrieb von Geräten geeignet ist, welche über einen längeren Verstellweg eine große Betätigungskraft und zwar vom Anfang der Bewegung an erfordern. Derartige Anforderungen bestehen beispielsweise bei elektrischen Leistungsschaltern. Dies wird bei einer Magnetanördnung der vorstehend genannten Art dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Wicklungen mit ihren zugehörigen Magnetkörpern sowie die Anker relativ zueinander beweglich angeordnet und axial geführt sind, und daß zwischen den durch diese Teile gebildeten elektromagnetischen Systemen Übertragungsglieder zur Weiterleitung des Hubes angeordnet sind, derart, daß die Hübe der einzelnen Systeme sich addieren. Jedes Magnetsystem kann hierbei einen für seine Funktion und Ausnutzung günstigen Luftspalt erhalten, da der

45· insgesamt gewünschte Hub durch die Summe der Hübe mehrerer Systeme gebildet wird. Durch die mechanische Reihenschaltung der Magnetsysteme erhält die Magnetanordnung ferner eine langgestreckte Bauform und ist deshalb ebenso vorteilhaft wie beispielsweise ein aus Zylinder und Kolben gebildeter Druckluftantrieb verwendbar.

Die Magnetanordnung kann im Rahmen der Erfindung für jedes elektromagnetische System einen als Topfmagnet ausgebildeten Magnetkörper besitze», dessen Kern eine durchgehende öffnung besitzt, mit der der Topfmagnet auf einem Dorn verschiebbar angeordnet ist, der zur Begrenzung der Verschiebbarkeit Anschläge besitzt; als Anker des Systems kann der benachbarte Topfmagnet dienen, der über einen Ansatz mit einem hakenförmigen Teil des ersten Magnetkörpers in Verbindung steht. Diese Anordnung gestattet es, eine beliebige Anzahl von Stufen vorzusehen, die untereinander gleichartig ausgebildet sind.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zur Ausführung

O₅ Jer Erfindung besteht darin, daß der Magnetkörper jedes Systems aus einer als Joch dienenden Platte und einem damit verbundenen, eine Wicklung tragenden Kern besteht, auf dem ein glockenförmiger Anker

verschiebbar geführt ist, und daß je zwei Systeme spiegelbildlich zueinander mit innenliegenden Ankern angeordnet sind, wobei sich die Kerne gegeneinander und die Anker gegen ein festes Widerlager bzw. zwei weitere Systeme durch Bolzen abstützen. Auch diese Anordnung läßt sich aus gleichen Elementen aufbauen.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung besteht die Möglichkeit, die elektromagnetischen Systeme gleichzeitig oder zeitlich nacheinander zu erregen. Ferner kann jedem elektromagnetischen. System ein Hilfsschalter zugeordnet sein, der der Wicklung des Systems einen Widerstand vorschaltet, nachdem das System seinen Anker angezogen hat, und der gleichzeitig den Stromkreis der Erregerwicklung des folgenden Systems schließt. Der Widerstand wird zweckmäßig so bemessen, daß die Zugkraft des Magnetsystems auf einen zum sicheren Festhalten des Ankers ausreichenden Wert herabgesetzt wird. Auf diese Weise wird der Strombedarf der Magnetanordnung beträchtlich vermindert, da zum Festhalten des Ankers nur ein Bruchteil (etwa 10 bis 20 %) des bei Beginn der Ankerbewegung fließenden Stromes benötigt wird. Infolgedessen fließt beim Betrieb einer derartig ausgebildeten Magnetariordnung ein wesentlich geringerer Strom, als wenn alle Systeme gleichzeitig erregt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen aus drei Magnetkörpern gebildeten Zugmagnet im Schnitt. ': ·. ■

Ein einzelner Magnetkörper des Zugmagneten nach F i g. 1 ist in F i g. 2 in der Draufsicht dargestellt.

In Fig.3 ist ein aus vier Systemen gebildeter Druckmagnet ebenfalls im Schnitt dargestellt.

Der in Fig. 1 dargestellte Zugmagnet besteht aus drei Magnetkörpern 1,2 und 3, die auf einem nach unten stufenweise verjüngten Dorn 4 mit Absätzen 5,6 und 7 verschiebbar angeordnet sind. Der Dorn 4 ist mittels einer Öse 10 und eines Bolzens 11 an einem feststehenden Teil 12 befestigt. Der Magnetkörper 1 ist mit einem Arm 13 versehen, der durch eine Kupplungsstange 14 mit einem schematisch dargestellten Gerät 15 gekuppelt ist. _; . .

Die Magnetkörper 1, 2 und 3 sind untereinander im wesentlichen gleich. Ihr Aufbau wird an Hand des Magnetkörpers 1 erklärt, der in F i g. 1 im Schnitt und in der Fi g. 2 in der Draufsicht dargestellt ist

.Der Magnetkörper 1 weist Zylinderform auf und ist als Topfmagnet ausgebildet Mit 16 sind die Jochteile und mit 17 der Kern bezeichnet. Der Kern 17 ist mit eiaer als zylindrische Bohrung ausgeführten durchgeh.enden Öffnung 20 versehen, durch die hindurch sich der ebenfalls zylindrische Dorn 4 erstreckt.

Abweichend davon können die durchgehende Öffnung des Kernes 17 und der Dorn 4 auch eine prismatische Gestalt besitzen, wodurch.gleichzeitig eine gegen Verdrehen gesicherte Führung des Magnetkörpers 1 auf dem Dorn 4 erreicht wird. ."■'

Die Jochteile 16 und der Kern 17 des Magnetkörpers 1 begrenzen einen ringförmigen Raum 21 von rechteckigem Profil, in der eine Wicklung 22 untergebracht ist, deren Zuleitungen 23 und 24 durch eine Bohrung im Magnetkörper herausgeführt sind.

Die Magnetkörper 2 und 3 sind ebenso aufgebaut, wie vorstehend beschriebers, und besitzen dementsprechend je eine Wicklung 25 bzw. 26 mit Zuleitungen 27,30 bzw. 31,32.

In der Anordnung gernäß Fig. 1 wirkt der Magnet

körper 2 als Anker des Magnetkörpers 1 und der Magnetkörper 3 als' Anker des Magnetkörpers 2. Besondere, nur als Anker dienende Teile sind deshalb mit Ausnahme der Platte 33 nicht vorhanden, die als Anker für den Magnetkörper 3 dient, da' dieser Magnetkörper den Abschluß der Anordnung bildet Die Platte 33 ist mit dem Dorn 4 fest verbunden. Auch bei einer größeren Anzahl von Magnetkörpern wird somit nur eine derartige Platte benötigt.

Der Magnetkörper 1 wird durch eine Feder 34, die an einem feststehenden Teil 35 befestigt ist, gegen den Anschlag 5 des Domes 4 gezogen. An dem Magnetkörper 1 ist ein hakenförmiges Teil 36 angebracht, das mit einem Ansatz 37 des Magnetkörpers 2 zusammenwirkt Durch das hakenförmige Teil 36 wird der Magnetkörper gegen den Anschlag 6 des Domes 4 gezogen. In der gleichen Weise wird der mit einem Ansatz 41 versehene Magnetkörper 3 durch ein hakenförmiges Teil 40 des Magnetkörpers 2 gegen den Anschlag 7 des Dörnes 4 gezogen. Die beschriebenen Teile sind derart bemessen, daß zwischen den Magnetkörpern 1, 2 ünd^: 3 und zwischen dem Magnetkörper 3 und der Ankerplatte 33 jeweils der gleiche/mit d bezeichnete Luftspalt vorhanden ist, wenn die Magnetkörper, an den Anschlägen des Domes anliegen. ■■'■ ■"""■. ■

Jedem der 'Magnetkörper 1, 2 und '3 ist ein Hilfsschalter 45, 46 bzw. 47 zugeordnet. Jeder dieser Hilfsschalter besitzt drei Kontakte, die mit 50,51,52; 53, 54, 55 bzw. 56, 57, 60 bezeichnet sind. Die genannten Hilfssehalter besitzen Schaltglieder 76, 77, 78, deren Drehpunkte die Kontakte 50, 53 bzw. 56 sind. Die Schaltglieder 76, 77, 78 sind mit nicht bezeichneten Koppelgliedern versehen, die mit abgeschrägten Mitnehmern 61, 62 und 63 zusammenwirken, die an den Magnetkörpern · 1, 2 und 3 angebracht sind. In der gezeichneten Stellung der Schaltglieder 76, 77, 78 sind die Kontakte 50 und 52, 53 und 55 bzw. 56 und 60 miteinander verbunden. Bei der Bewegung der Magnetkörper 1,2 und 3 in Richtung des Pfeiles 72 werden die Schaltglieder 76, ; 77, 78 mittels der erwähnten abgeschrägten Mitnehmer 61, 62 bzw. 63 in die gestrichelt dargestellte Schältstellung gebracht, in der die Kontakte 50 und 51, 53 und 54 bzw. 56 und 57 miteinander verbunden sind. ' : ^{: :} ■ ' '

Die Zuleitungen 23, 27 und 31-sind miteinander verbunden und können über den Schalter 67 an die Klemme 70 einer Stromquelle angeschlossen werden. Die Zuleitung 24 der Wicklung 22 ist an den Kontakt 52 und über einen Widerstand 64 auch an den Kontakt .50 des Hilfsschalters 45 angeschlossen. In sinngemäß gleicher Weise sind die Zuleitungen 30 und 32 mit den Kontakten 55 und 60 sowie über Widerstände 65 und 66 an die Kontakte 53 und 56 der Hilfsschalter 46 und 47 angeschlossen. Der Kontakt 51 des Hilfsschalters 45 ist mit dem Kontakt 53 des Hilfsschalters 46 unmittelbar verbunden. Ebenso sind die Kontakte 54 und 56 der Hilfsschalter 46 bzw. 47 verbunden. Der Kontakt 57 des Hilfsschalters 47 ist im Ausführungsbeispie! nicht besetzt. Falls ein oder mehrere weitere Magnetkörper vorgesehen sind, ist der Kontakt 57 des Hilfsschahers 47 mit dem Hilfsschalter des folgenden Magrietkörpers zu verbinden, wie beispielsweise die Kontakte 51 und 53.
. !m folgenden wird die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 1 erläutert:· ■

Beim Betätigen, des Schalters 67 schließt sich ein Stromkreis von der Klemme 70 der Stromquelle über die Zuleitung 23, die Wicklung 22 und die Zuleitung 24 sowie die Kontakte 52 und 50 des Hilfsschalters zurück

zur Klemme 71 der Stromquelle. Durch die Erregung der Wicklung 22 bildet sich ein Magnetfluß aus, der in F i g. 1 durch einen mit Pfeiler, versehenen geschlossenen Linienzug angedeutet ist Der gestrichelte Teil des Linienzuges gilt für den Fall, daß der Dorn 4 ebenfalls aus magnetisch leitendem Material besteht und sich deshalb an der Führung des Magnetflusses beteiligt.

Infolge der Erregung der Wicklung 16 führt der Magnetkörper 1 eine Bewegung mit dem Hub d aus, wobei über die Kupplungsstange 14 das Gerät 15 betätigt wird. Im Verlauf der Bewegung des Magnetkörpers 1 wird das Schaltglied 76 des Hilfsschalters 45 über den abgeschrägten Mitnehmer 61 nach links in die gestrichelt dargestellte Schaltstellung gebracht, so daß nun die Kontakte 50 und 51 verbunden werden. '5 ' Hierdurch wird in den Stromkreis der Wicklung 22 der Widerstand 64 eingeschaltet und gleichzeitig wird über die Kontakte 51,53,55 der Stromkreis der Wicklung 25 geschlossen. Wenn die Wicklung 25 eingeschaltet wird, ist somit der Strom der Wicklung 22 bereits auf einen *o geringen Wert herabgesetzt, der ausreicht, um die Magnetkörper 1 und 2 zusammenzuhalten. Beide Magnetkörper führen nun gemeinsam eine weitere Bewegung mit dem Hub d aus, die ebenfalls über die KuppIungsstangeI4 auf das Gerät 15 übertragen wird.

Nach der Betätigung des Schakgliedes 77 des Hilfsschalters 46 durch den abgeschrägten Mitnehmer 62 wird in den Stromkreis der Wicklung 25 der Widerstand 65 eingeschaltet und der Stromkreis der Wicklung 26 über die Kontakte 54, 56 und 60 geschlossen. Nachdem die Magnetkörper 1, 2 und 3 gemeinsam wiederum einen Hub d ausgeführt haben, liegt der Magnetkörper 3 an der Ankerplatte 33 an. In dieser Stellung greift ein Ansatz 73 der Kupplungsstange 14 hinter einen Klinkenhebel 74, wodurch die Magnetanordnung im angezogenen Zustand bei gespannter Feder 34 gesperrt wird. In dem Stromkreis der Wicklung 26 wird zuvor durch den Hilfsschalter 47 der Widerstand 66 eingeschaltet

Die Rückführung der Anordnung in den Ausgangszustand geschieht durch Betätigung des Klinkenhebels 74 in Richtung des Pfeiles 75, wodurch der Ansatz 73 freigegeben wird. Danach nehmen die Magnetkörper 1, 2 und 3 wieder die in F i g. 1 dargestellte Lage ein.

Die an der Kupplungsstange 14 wirksame Kraft hat beim Ein- bzw. Zuschalten einer der Wicklungen 22,25, 26 jedesmal die gleiche Größe. Deshalb ergibt sich eine über den gesamten Hub relativ gleichbleibende Zugkraft.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Magnetan-Ordnung gemäß der Erfindung ist in Fig.3 im Schnitt dargestellt. Die Anordnung besteht aus vier Magnetsystemen 80, 81, 82 und 83, deren Aufbau untereinander gleich ist. Im folgenden wird deshalb das System 80 betrachtet.

Das Magnetsystem 80 besteht aus einem zylindrischen Magnetkörper 84, der aus einem Kern 85 mit einer Wicklung 86 und einer als Joch dienenden Platte 87 sowie einem auf dem Kern 85 verschiebbar geführten glockenförmigen Anker 88 besteht Die Wicklung 86 ist mit Zuleitungen 91 versehen, die seitlich herausgeführt sind.

Das Magnetsystem 81 besitzt den gleichen Aufbau wie das vorstehend beschriebene Magnetsystem 80 und ist als Ganzes spiegelbildlich zu dem Magnetsystem 80 angeordnet. Die Kerne der beiden Systeme stoßen dabei aneinander an und können in geeigneter Weise miteinander verbunden sein. Für den Anker 93 des Magnetsystems 81 ist ein Anschlag 92 vorgesehen. Als Anschlag kann beispielsweise eine zwischen die Kerne der beiden Magnetsysteme 80 und 81 eingefügte Platte dienen, deren Durchmesser etwas größer als der Durchmesser des Kernes 85 ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Anschlag durch einen Ansatz des Kernes 85 gebildet.

Der Anker 88 des Magnetsystems 80 stützt sich über Bolzen 94, die in Bohrungen der Platte 87 geführt sind, gegen den Boden 95 eines Gehäuses 96 an, in dem die Magnetsysteme 80 bis 83 untergebracht sind. Weitere Bolzen 97 sind zwischen dem Anker 93 des Magnetsystems 81 und einer Platte 100 angeordnet, auf die die Bewegung der Systeme 80 und 81 übertragen wird. Es können jeweils mehrere Bolzen am Umfang der Platten 87 bzw. 100 verteilt angeordnet sein.

Die Magnetsysteme 82 und 83 weisen den gleichen Aufbau wie die Systeme 80 und 81 auf und sind gleichfalls spiegelbildlich zueinander angeordnet. Zur Übertragung der Bewegungen dienen ebenfalls Bolzen 102 zwischen dem Anker 101 und der Platte 100 sowie Bolzen 104 zwischen dem Anker 103 und einer weiteren Platte 105, die mit einer Öse 106 zum Anschluß eines anzutreibenden Gerätes versehen ist. Gegen die Platte 105 stützt sich eine Feder 107 ab, die zur Rückstellung der Magnetsysteme in die Ausgangsstellung dient.

Jedem der Magnetsysteme 80 bis 83 kann, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, ein Hilfsschalter zugeordnet sein, bei dessen Betätigung jeweils der Stromkreis des benachbarten Magnetsystems geschlossen wird. Ebenso können Vorwiderstände dazu dienen, den Erregerstrom eines Systems herabzusetzen, wenn der Anker angezogen ist.

Zur Betrachtung der Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 2 wird angenommen, daß zeitlich nacheinander die Magnetsysteme 80, 81, 82 und 83 erregt werden. Zunächst wird der Magnetkörper 84 um den Betrag d angehoben, wobei über den Anschlag 92 die darüber befindlichen Magnetsysteme 81, 82 und 83 einschließlich der Platte 105 mitgenommen werden. Bei der Erregung des Magnetsystems 81 drückt der Anker 93 über die Bolzen 97 die Platte 100 und die darüber befindlichen Magnetsysteme 82 und 83 um ein weiteres Stück d nach oben. Bei diesem Vorgang bleiben die Kerne der Magnetsysteme 80 und 81 in der vorherigen Lage. In sinngemäß der gleichen Weise wird die Platte 105 mit der öse 106 auch bei der Erregung der Magnetsysteme 82 und 83 jeweils um einen Hub d weiterbewegt. Die Anordnung wirkt somit als Druckmagnet

Entgegen der beschriebenen Reihenfolge können auch nacheinander die Magnetsysteme 83,82,81 und 80 erregt werden. Ebenso ist es möglich, zunächst das Magnetsystem 81, darauf das Magnetsystem 80 und anschließend nacheinander die Magnetsysteme 83 und 82 zu erregen. Die Kraft-Weg-Kennlinie der Anordnung ist in jedem Fall die gleiche und stimmt mit der Kennlinie der Anordnung nach F i g. 1 grundsätzlich überein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Magnetanordnung für die Betätigung von Geräten mit relativ großem Betätigungsweg, bestehend aus mehreren axial angeordneten Wicklungen und Ankern, die mechanisch in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (86) mit ihren zugehörigen Magnetkörpern (84) sowie die Anker (88) relativ zueinander beweglich angeordnet und axial geführt sind und daß zwischen den durch diese Teile gebildeten elektromagnetischen Systemen (80, 81) Übertragungsglieder (94, 97) zur Weiterleitung des Hubes angeordnet sind, derart, daß die Hübe der einzelnen Systeme.sich addieren.

2. Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkörper (1; Fig. 1) jedes elektromagnetischen Systems als Topfmagnet ausgebildet ist, dessen Kern (17) eine durchgehende öffnung (20) besitzt, mit der der Topfmagnet auf einem Dorn (4) verschiebbar angeordnet ist, der zur Begrenzung der Verschiebbarkeit Anschläge (5,6,7) besitzt, und daß als Anker des Systems der benachbarte Topfmagnet (2) dient, der über einen Ansatz (37) mit einem hakenförmigen Teil (36) des Magnetkörpers (1) in Verbindung steht.

3. Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkörper (84; F i g. 2) jedes Systems (80) aus einer als Joch dienenden Platte (87) und einem damit verbundenen, eine Wicklung (86) tragenden Kern (85) besteht, auf dem ein glockenförmiger Anker (88) verschiebbar geführt ist, und daß je zwei Systeme (80, 81) spiegelbildlich zueinander mit innenliegenden Ankern (88, 93) angeordnet sind, wobei sich die Kerne gegeneinander und die Anker (88, 93) gegen ein festes Widerlager bzw. zwei weitere System (82,83) durch Bolzen (94,97) abstützen.

4. Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle elektromagnetischen Systeme gleichzeitig erregt werden.

5. Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Systeme zeitlich nacheinander erregt werden.

6. Magnetanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem elektromagnetischen System ein Hilfsschalter (45; F i g. 1) zugeordnet ist, der der Wicklung (22) des Systems einen Widerstand (64) vorschaltet, nachdem das System seinen Anker angezogen hat, und der gleichzeitig den Stromkreis der Erregerwicklung (25) des folgenden Systems schließt.