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B e s c h r e i b u n g zu der Gebrauchsmusteranmeldung Firma Binder
Magnete K. G.
| Villingen,Sehwarzwald |
| betreffend |
| Impulsgesteuerter Elektromagnet |
| Die Erfindung bezieht sich auf impulsgesteuerte |
Blektrohubmagnete.
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Die Abmessungen von Elektrohubmagneten werden im wesentlichen durch
die Forderung nach einer ausreichenden wärmeabfuhr bestimmt. In vielen Fällen werden
Hubmagnets dort angewendet, wo nur ein einmaliger Schaltvorgang benötigt wird und
die Magnete dann für längere Zeit eingeschaltet bleiben. Da die zur Erzeugung der
gewünschten Haltekraft des Magneten erforderliche elektrische Energie bekanntlich
wesentlich kleiner als die für den Ankerhub benötigte ist, hat man zur Vermeidung
unnötiger Erwärmung solche Magnete bereits mit einer Sparschaltung versehen, durch
die bei Erreichen der Hubendstellung die Leistungszufuhr so weit verringert wird,
daß die erforderliche Haltekraft'noch mit ausreichender Sicherheit erhalten wird.
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Man hat zu dem gleichen Zweck auch bereits einen Hubmagnet geschaffen,
dessen Magnetkreis einen Permanentmagneten aufweist, dessen Kraftwirkung auf den
Anker in Offenstellung nicht ausreicht, um den Anker in die
| Ankerschlußstellung zu bringen, jedoch bei anliegendem |
| ich |
Anker der Xalte : kraft gle Voder diese übersteigt. Dieser bekannte Hubmagnet ist
also dadurch ausgezeichnet, daß sein Anker zwei stabile Endlagen einnehmen kann,
in denen kein elektromagnetisches Feld zur Aufrechterhaltung der Ankerlage benötigt
wird. Ein solcher Feld wird vielmehr lediglich dann erforderlich, wenn es gilt den
Anker auS der einen in die andere Endstellung zu bringen. Zu diesem Zweck ist bei
dem bekannten Magneten eine Wicklung vorgesehen. Die Anordnung ist dabei so getroffen,
daß der hohlzylindrische Permanentmagnet an seinem einen Ende mit dem radialen Flansch
eines zentralen Polschuhs verbunden ist und an seinem anderen Ende eine radiale
Scheibe trägt, welche das freie Ende des Polschuhs unter Freilassung eines ringförmigen
Luftspaltes umgibt. Mit dieser Scheibe und dem Polschuhende wirkt eine Ankerscheibe
zusammen. Die obengenannte Wicklung ist nun in dem ringförmigen Spalt zwischen Polschuhende
und Polscheibe angeordnet, so daß sie je nach der Stromrichtung den Magnetfluß,
welcher den ringförmigen Luftspalt normalerweise radial durchsetzt nach außen in
Richtung auf die Ankerscheibe oder nach innen
ablenkt. Die Bemessung
ist nun so getroffen, daß bei Ablenkung des Magnetflusses auf die Ankerscheibe die
Hagnetkräfte zum Anziehen der Scheibe ausreichen, während diese Kräfte bei umgekehrter
Feldrichtung in der Wicklung unter die Haltekraft fallen.
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Die bekannte'Anordnung beruht praktisch darauf, die Einwirkung des
Permanentmagnetfeldes auf den Anker durch Verstärkung oder Abschwächung der Streuung
dieses Feldes zu steuern. Vom praktischen Standpunkt hat sich diese bekannte Anordnung
nicht bewährt. Wie leicht einzusehen ist, ist bei dieser bekannten Anordnung beispielsweise
gerade dann, wenn der Anker angezogen werden soll und damit die größte Kraftwirkung
auf den Anker benötigt wird, der Wirkungsgrad des Hagnetsystems durch die Umlenkung
des Eraftflusses entgegenseines natürliche-n Verlaufs am geringsten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Elektromagneten zu schaffen,
bei dem diese Nachteile vermieden sind und der bei Wahrung der Vorteile der Impulssteuerung
einen sehr hohen Wirkungsgrad und damit bei geringeren Abmessungen eine höhere Leistung
als die bekannten Magnete aufweist.
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Die Erfindung geht von einem Hubmagneten aus, bei dem im Magnetkreis
ein oder-mehrere Permanentmagnete vorgesehen sind, die, in Hu@richtung gesehen,
auf den Anker
eine Kraft ausüben, welche in Feldsehlußstellung des
Ankers gleich oder größer als die geforderte Haltekraft ist, und bei dem ein auf
elektrischem Wege erzeugbares Magnetfeld lediglich zum Steuern der Kraftwirkung
des Permanentmagneten auf den Anker benützt wird.
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Das neue besteht darin, daß für den Permanentmagnetfluß ein Nebenschluß-Magnetkreis
vorgesehen ist, welcher normalerweise durch einen magnetischen Widerstand gesperrt
ist, und der Elektromagnet und der Permanentmagnet in der Weise angeordnet und bemessen
sind, daß in der einen Feldrichtung das elektromagnetisch erzeugte Feld die Kraftwirkung
des Permanentmagneten auf den Anker durch Überlagerung derart verstärkt, daß die
resultierende Kraft gleich oder größer als die für den Ankerhub er-
| forderlicheKraft ist und bei entgegengesetzter Feldrich- |
| tung das elektromagnetisch erzeugte Feld den Permanent- |
| magnetflnß in den Nebenschlußkreis abdrängt, derart, daß |
die auf den Anker wirkende Kraft unter die Haltekraft sinkt.
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Wie erwähnt ist eine Möglichkeit vorgesehen, um die Feldriohtung
des elektromagnetischen Feldes umzukehren.
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Eine solche Umkehrung kann beispielsweise durch Anordnung zweier wahlweise
einschaltbarer Spulenwicklungen erreicht werden. Zweckmäßigerweise ist jedoch nur
eine einzige Spulenwicklung vorgesehen, welche umschaltbar ist.
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Mit der Ausbildung gemäß der Erfindung erhält man einenElektrthubmagneten,
bei dem die Zufuhr elektrischer Energie nur noch impulsmäßig erfolgt, um den Anker
aus der einen in die andere seiner beiden Endstellungen zu bringen. Eine Erwärmung
des Magneten tritt unabhängig davon. wie lange der Anker in der einen oder der anderen
Endstellung verbleibt, praktisch nicht auf. Die Dimensionierung des. Magneten kann
also unabhängig von wärmetechnischen Gesichtspunkten vorgenommen werden.
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Die Steuerung des Magneten mittels des umkehrbare elektromagnetischen
Feldes erfolgt bei dem Hubmagneten gemäß der Erfindung aber nicht durch Abdrängung
des Magnetflusses in den Arbeitsluftspalt, sondern durch Addition der beiden Magnetflüsse.
Dadurch läßt sich eine sehr hohe Anzugskraft erreichen, und zwar ohne daß der Magnetfluß
aus seinem natürlichen Lauf abgedrängt werden muß. Auch bei Abfallen des Ankers
bleibt der Permanentmagnet fluß vorwiegend im Eisen, was durch die Anordnung des
Nebenschlußkreises für den Permanentmagnetfluß erreicht wird.
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Die Verwendung von Nebenschlußkreisen in kombinierten Permanent-und
Elektromagneten ist an sich bekannt.
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So ist eine Drehmoment-Sbertragungseinrichtung mit einer Ringspule
bekannt, welche mit einem Ringscheibenanker
zusammenwirkt. Die Ringspule
ist von einem im Querschnitt U-förmigen zum Anker hin offenen Magnetgehäuse umgeben.
Im Abstand von der Basis des U-förmigen Gehäuses sind in Umfangsrichtung verteilt
angeordnete radial magnetisierte Permanentmagnete vorgesehen, welche die beiden
Schenkel miteinander verbinden. Der Basisteil bildet einen mit einem magnetischen
Widerstand versehenen Nebenschlußkreis für den Permanentmagneten. Die Wicklung ist
so geschaltet und bemessen, daß sie dem Permanentmagneten entgegenwirkt, solange
Strom durch die Wicklung fließt. Bei dieser Anordnung ist also die eine der beiden
Ankerstellungen durch das Feld der Wicklung bestimmt.
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Der Anker bleibt dabei nur so lange in dieser Stellung wie die Wicklung
eingeschaltet ist. Ein impulsmäßiger
| Betrieb, wie bei dem Hubmagnet gemäß der Erfindung, liegt |
| im |
nicht vor.
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Abgesehen davon, daß der Magnet gemäß der Erfindung gegenüber bekannten
Magneten bei gleichen Dimensionierung eine wesentliche höhers Arbeitsleistung besitzt,
weist er auch noch den Vorteil wesentlich kürzerer Schaltzeiten auf, da es einmal
einfacher ist, ein bereits bestehendes magnetisches Feld durch Aufbauen eines Gegenfeldes
außer Wirkung zu setzen, als ein Feld so weit neu aufzubauen, daß dieses eine vorbestimmte
Kraftwirkung auf den Anker ausübt, und zum anderen für den Ankerhub das bereits
vorhandene Permanentfeld
nur noch relativ geringfügig verstärkt
zu werden braucht.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläuterte In der Figur ist der Magnet gemäß
der Erfindung in der einen Hälfte im Längsschnitt, in der anderen Hälfte in Seitenansicht
gezeigt.
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Der dargestellte Magnet ist ein Kolbenmagnet, und zwar ein Zug-Schub-Magnet,
bei dem also der Anker 1 in ein Ankergegenstück 2 eintaucht und am Boden 3 des Ankergegenstücks
anschlägt. Eine Scheibe aus nichtmagnetischem Material sorgt dafür, da der Anker
in seiner Hubendstellung nicht in dem Ankergegenstück kleben bleibt. Das Ankergegenstück
weist an der Außenseite seines hülsenförmigen Fortsatzes 4 einen Steuerkonus 5 auf,
mit dessen Hilfe die Hubeharakteristik des Magneten in bekannter Wei-Be eingestellt
werden kann. Der Anker 1 ist mittels Führungerippen in einer Hülse 7 des Magnetgehäuses
geführt, welche sich bis nahe an das Ende des Steuerkonus 5 erstreckt. Zwischen
Steuerhülse 4 und Führungshülse 7 einerseits und dem äußeren Gehäusemantel 8 ist
die Magnetspule 9 eingebettet, welche am dargestellten Ausführungsbeispiel nur eine
Spulenwicklung aufweist, die über eine nicht dargestellte Einrichtung umschaltbar
ist
um in dem von den Teilen 4,7 und 8 gebildeten Magnetkreis einen Magnetfluß wahlweise
in der einen oder anderen Richtung zu erzeugen.
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Die Führungshülse 7 weist an ihrem hinteren Ende einen radialen Flansch
10 auf, welcher im Abstand einem nach innen gerichteten radialen Flansch 11 des
Gehäusemantels 8 gegenübersteht. Zwischen den beiden Flanschen 10 und 11 sind ein
oder mehrere Permanentmagnete 12 angeordnet, Außerdem ist eine Ringhülse 13 aus
nichtmagnetischem Material auf die Außenseite der Führungshülse 7 aufgeschoben,
auf deren Außenseite sich die Innenflächen des Flansches 11 und des bzw. der Permanentmagneten
12 abstützen. Man erkennt. daß der Flansch 11 des Gehäu-
| semantels 8 den durch die Teile 8, 4, 7 und 12 gebil- |
| deten Magnetkreis in zwei Teilkreis unterteilt, von |
| denen der eine der Magnetspule 9 und der andere dem |
| Permanentmagneten 12 zugeordnet ist. Die Ringhalse 13 |
| aus unmagnetischem Material verhindert dabei normaler- |
weise die Ausbildung in sieh geschlossener Magnetflüsse in den beiden Teilkreisen,
so daß bei abgeschalteter Spule der Magnetfluß des Permanentmagneten durch den gesamten
Magnetkreis läuft.
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Wird nun die Spule 9 in der Weise erregte daß das von ihr erzeugte
Magnetfeld die gleiche Richtung aufweist, wie das Feld des Permanentmagneten, so
addieren sich die durch die beiden Magnetfelder erzeugten Magnetflüsse und üben
auf den in Ausgangsstellung befindlichen Anker 1 eine Gras aus die ausreicht, den
Anker in seine Hubendstellung zu bringen. In dieser Stellung ist die von dem Permanentmagneten
auf den Anker ausgeübte Kraft, die ubanfangestellung allein nicht ausreicht, um
den Anker anzuziehen, so weit angewachsen, daß die erforderliche Haltekraft erreicht
wird. Der Anker verbleibt also auch bei Abschalten der Spule in seiner Haltestellung.
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Um den Anker aus der Haltestellung wieder in die Ausgangsstellung
zu bringen, wird die Spule erneut erregte jedoch diesmal in entgegengesetzter Richtung,
so daß das von der Spule erzeugte magnetische Feld dem Magnetfluß des Permanentmagneten
durch die Teile 8 und 4 einen Widerstand entgegensetzte der größer ist als der durch
die Hülse 13 gebildete Widerstand, so daß der Permanentmagnetfluß völlig oder nahezu
völlig in den Teilkreis 7, 10, 12, 11 abgedrängt wird und der Anker infolge der
auf ihn wirkenden Rückstellkraft in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Die Vordrängung
des Permanentmagnetfeldes
in den Nebenschlußkreis erfolgt in außerordentlich
kurzer Zeit. Da auch das zur Durchführung des Hubes erforderliche elektrisch erzeugte
Magnetfeld nur klein zu sein braucht, um das Permanentfeld ausreiehend zu verstärken,
sind die Schaltzeiten des Magneten wesentlich geringer als bei auf rein elektromagnetischem
Wege betätigten Magneten.
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Schutzansprüche: