DE1806245A1 - Electromagnet - Google Patents
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- H01F7/1607—Armatures entering the winding
Description
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21. Okt. 1968 fr.gö 3035Oct. 21, 1968 fr.gö 3035
SIEMAG Feinmechanische Werke GmbH, 59Qi Eiserfeld/SiegSIEMAG Feinmechanische Werke GmbH, 59Qi Eiserfeld / Sieg
Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einem innerhalb der Magnetspule bewegbar angeordneten Magnetanker, dessen Stirnflächen der Form der jeweils gegenüber liegenden Stirnseiten der Ankergegenstücke entsprechend angepaßt sind. g The invention relates to an electromagnet with a magnet armature arranged movably within the magnet coil, the end faces of which are correspondingly adapted to the shape of the respective opposite end faces of the armature counterparts. G
Bei der Herstellung von Elektromagneten für hohe Schalt- φ frequenzen besteht immer wieder das Problem, bei möglichst geringen zu bewegenden Ankermassen noch relativ hohe Ankerkräfte zu erreichen; es muß also ein möglichst großes Kraft-Masse-Verhältnis erreicht werden. Φ frequencies in the manufacture of electromagnets for high switching is always the problem, low in possible to achieve moving anchor masses still relatively high anchoring forces; the greatest possible force-mass ratio must therefore be achieved.
Mit Elektromagneten bisher bekannter Bauart lassen sich die geforderten hohen Schaltfrequenzen bei möglichst geringem Magnetgewicht nicht erreichen, da entweder die bewegten Ankermassen zu groß oder die erreichbaren Ankeranzugskräfte zu gering sind. Da bei minimalen Magnetaußenabmessungen ein optimales Kraft-Masse-Verhältnis erzielt werden soll, dürfen nur geringe Streuflüsse innerhalb des Magnetsystems auftreten.With electromagnets of a previously known type, the required high switching frequencies can be achieved with the lowest possible Do not reach the magnet weight because either the moving armature masses are too large or the armature pulling forces that can be achieved are too low. Since an optimal force-mass ratio should be achieved with minimal outer magnet dimensions, only small leakage fluxes may occur within the magnet system.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromagneten für hohe Schaltfrequenzen zu schaffen» der bei minimalen Magnetaußenabmessungen ein optimales Kraft-Masse-Verhältnis erreicht und sich besonders zur Betätigung der Drucknadeln von Mosaikdruckern eignet.The invention is therefore based on the object to provide an electric magnet for high switching frequencies "of reaching an optimum power-to-mass ratio with minimal magnetic external dimensions and is particularly suitable for operating the printing wires of mosaic printers.
Erfindungegemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ankergegenstücke in den Bereich innerhalb der Magnetwick- According to the invention , the object is achieved in that the armature counterparts in the area within the magnet winding
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lung hineinragen und daß die Stirnflächen des sich zwischen den Ankergegenstücken bewegenden Magnetankers "in der Größe unterschiedlich sind, und eine gleiche Form zu den gegen-ment protrude and that the end faces of the between the armature counterparts moving magnet armature "are different in size, and have the same shape to the opposing
gejren
über liegenden Ankermücken haben. Zweckmäßig ist die eine
Stirnfläche als Kreisringfläche und die andere als Kegelmantelfläche
ausgebildet.jared
over lying anchor mosquitoes. One end face is expediently designed as a circular ring surface and the other as a conical jacket surface.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das eine Ankergegenstück verstellbar angeordnet. Vorzugsweise wird der Arbeitsluftspalt an die Stelle innerhalb des Magnetsystems gelegt, an der die optimal erreichbare Kraft erreicht wird. Diese Stelle liegt etwas außerhalb der Mitte des Magnetsystems.According to an advantageous embodiment of the invention, one anchor counterpart is arranged to be adjustable. Preferably, the working air gap is at the point within of the magnet system at which the optimally achievable force is achieved. This point is a bit outside the center of the magnet system.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles, das sich auf einen Elektromagneten zur Betätigung der Drucknadeln eines Mosaikdruckers bezieht, näher erläutert· Es zeigen:The invention is based on an embodiment shown in the drawing, which relates to an electromagnet related to the actuation of the pressure pins of a mosaic printer, explained in more detail
Fig. 1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromagneten,1 shows a cross section through the electromagnet according to the invention,
Fig. 2 die Induktionsverteilung des Magnetankers undFig. 2 shows the induction distribution of the armature and
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromagneten.3 shows a further exemplary embodiment of the electromagnet according to the invention.
Auf dem zylindrischen Spulenkern 1 ist die Wicklung 2 aufgebracht, die von dem Gehäusemantel 3 umgeben igt. An die eine Spulenkernseite 1 schließt sich das Jochteil 4 und an die andere das Jochteil 5 »n· Innerhalb des Jochteiles k . ist das verstellbare Ankergegenstück 6 angeordnet. Zu diesem Zweck sind das Jochteil k und das Ankergögenstück 6 mit einem Gewinde 9 versehen, mit welchem es möglich ist, durch Eindrehen des Ankergegenstückes 6 in den Bereich innerhalbThe winding 2, which is surrounded by the housing jacket 3, is applied to the cylindrical coil core 1. The yoke part 4 adjoins one coil core side 1 and the yoke part 5 » n · n · within the yoke part k adjoins the other. the adjustable anchor counterpart 6 is arranged. For this purpose, the yoke part k and the anchor piece 6 are provided with a thread 9, with which it is possible by screwing the anchor counterpart 6 into the area within
009821/1304 - 3 -009821/1304 - 3 -
des Spulenkernes 1 den genauen Luftspalt Hl einzustellen. Innerhalb des Ankergegenstückes 6 ist ein Röhrchen 7 aus nicht magnetischem Gleitmaterial angeordnet, in welchem die Drucknadel 8 geführt wird. Das Jochteil 5» das zur Vermeidung von Streuflüssen und zwecks Verkleinerung des Ankers in den Spulenkern 1 hineinragt, ist somit gleichzeitig als Ankergegenstück ausgebildet. Zwischen den beiden in den Spulenkern 1 hineinragenden Ankergegenstücken 5 und 6 ist der Anker 10 angeordnet, der eine den jeweils gegenüber liegenden Ankergegenstucken 5 und 6 entsprechende Flächenform aufweist. Der Anker weist hier auf der einen Iof the coil core 1 to set the exact air gap Hl. Within the armature counterpart 6, a tube 7 made of non-magnetic sliding material is arranged, in which the print needle 8 is guided. The yoke part 5 »that to avoid leakage flux and to reduce the Armature protrudes into the coil core 1, is thus designed at the same time as an armature counterpart. Between the two In the coil core 1 protruding armature counterparts 5 and 6, the armature 10 is arranged, which is the one in each case opposite anchor counterparts 5 and 6 corresponding Has surface shape. The anchor here points to one I.
Seite eine Kreisfläche und auf der anderen Seite eine Kegelmantelfläche auf.Side a circular surface and on the other side a conical surface on.
Die Kraft, mit der der Anker des Elektromagneten angezogen wird, errechnet sich nach der bekannten NäherungsgleichungThe force with which the armature of the electromagnet is attracted is calculated using the well-known approximation equation
(B1)2 .
Fl"(5000)2 Al(B 1 ) 2 .
F l "(5000) 2 A l
Werden, wie im vorliegenden Beispiel angedeutet, die Jochteile k und 5 bzw. die Ankergegenstücke 5 und 6 zur Vermeidung von Streuflüssen in das innere Spulenteil eingeführt und somit der bewegliche Anker 10 innerhalb der beiden Ankergegenstücke 5 und 6 angeordnet, so kann dieser sich normalerweise nur dann bewegen, wenn nach beiden Seiten hin kein magnetisches Gleichgewicht besteht. Es muß also eine Differenzkraft vorhanden sein, d.h., daß nach der Seite hin, nach welcher der Anker 10 sich bewegen soll, eine größere Kraft als auf der anderen Seite wirksam sein muß. Dies erreicht man nach Betrachtung obiger Formel entweder durch verschieden große magnetische Induktionen oder verschieden große Flächen auf beiden Ankerstirnseiten. Da aber die magnetische Induktion mit der Fläche in naher Verbindung über die Gleichung 5= Β·Α steht, und 1 bei kon-If, as indicated in the present example, the yoke parts k and 5 or the armature counterparts 5 and 6 are inserted into the inner coil part to avoid leakage fluxes and the movable armature 10 is thus arranged within the two armature counterparts 5 and 6, it can normally only move move when there is no magnetic equilibrium on either side. There must therefore be a differential force, ie that towards the side towards which the armature 10 is to move, a greater force must be effective than on the other side. After considering the above formula, this can be achieved either by means of magnetic inductions of different sizes or surfaces of different sizes on both armature faces. But since the magnetic induction is closely related to the surface via the equation 5 = Β, and 1 at con-
0098*21 /130A0098 * 21 / 130A
18062A518062A5
stanter Erregung der Wicklung des Magneten durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Ankergegenstücke 5 und 6 auch annähernd konstant ist, ändern sich B und A umgekehrt proportional zueinander.constant excitation of the winding of the magnet due to the inventive design of the armature counterparts 5 and 6 is also approximately constant, B and A change inversely proportional to each other.
Al A l
Durch Vergrößerung der Kraftlinienaustrittsfläche auf der dem Jochteil 5 gegenüber liegenden Seite ergeben sich verschieden große Anzugskräfte. Wird die eine Fläche dadurch vergrößert, daß man auf der dem Jochteil 5 gegenüber liegenden Seite eine konische Ankerform anwendet, so ist die in Achsrichtung des Ankers 10 wirksame Kraft nur von der in Achsrichtung wirkenden Komponente der Induktion abhängig. In Fig. 2 ist zu diesem Zwecke der Anker 10 mit den entsprechenden Induktionsverteilungen näher angegeben. Es ergibt sich auf den konischen Flächen eine in Achsrichtung wirkende Induktion vonBy enlarging the force line exit area the side opposite the yoke part 5 results in differently large tightening forces. Will the one surface increased by the fact that on the yoke part 5 opposite lying side uses a conical anchor shape, the effective force in the axial direction of the armature 10 is only depends on the component of induction acting in the axial direction. In Fig. 2 is the anchor for this purpose 10 with the corresponding induction distributions specified in more detail. There is a on the conical surfaces axial induction of
sinsin
1 = 1 =
sinsin
► B► B.
Somit ergibt sich eine Kraft vonThis results in a force of
<v)<v)
w) 2 (B-' 2 ■ 2 w) 2 (B - ' 2 ■ 2
A. F ="2 ' A0 = i A„ . sinA. F = "2 ' A 0 = i A". Sin
(5OOO)2 . (5OOO)2 (5OOO) 2 . (5OOO) 2
A1 A 1
F2 = Fl · 7Γ · sin
A2 F 2 = F l 7Γ sin
A 2
Bei Anwendung der im Ausführungsbeispiel angegebenen Flächenform ergibt sich fürWhen using the specified in the embodiment Surface shape results for
A = (d? - dl) t IIA = (d? - d l ) t II
und fürand for
A2 = (dl · il - d2 *
da A 2 = (d l · i l - d 2 *
there
V2 = V2 = sin* ist, V 2 = V 2 = sin *,
wirdwill
A„ =A "=
ft. sinft. sin
= A . 1= A. 1
Sötzt man diesen Ausdruck in die Gleichung für F ein, so ergibt sichIf you put this expression in the equation for F, then surrendered
F. = F.. sin 2KF. = F .. sin 2 K
Die Differenzkraft F_ ergibt sich nun wie folgt;The differential force F_ now results as follows;
F =F -F =F -F sin κ Dl 21 1 Λ F = F -F = F -F sin κ Dl 21 1 Λ
FD =F D =
Mit dieser Ausbildung und Anordnung des Ankers wird zugleich die Forderung erfüllt, mit einer möglichst geringenWith this training and arrangement of the anchor is at the same time met the requirement with the lowest possible
Masse des Ankers, die sich durch die konische Ausführungsgroße
form ergibt, eine Kraft zu erreichen.Mass of the anchor, which is determined by the conical design size
form results in attaining a force.
Es wird also ein optimales Kraft-Masse-Verhältnis erreicht. Da der Anker 10, wie zuvor bewiesen, mit einer umso größeren Kraft auf das Ankergegenstück 6 auftrifft, je kleiner der Winkel des konischen Ankers 10 ist, gilt der LuftspaltAn optimal force-mass ratio is thus achieved. Since the armature 10, as previously proven, strikes the armature counterpart 6 with a greater force, the smaller it is is the angle of the conical armature 10, the air gap applies
009821/1304009821/1304
hl ale Arbeitsluftspalt t obwohl der Gesamtluftspalt des
Magnetkreises und somit auch der magnetische Widerstand auch bei Anzug des Ankers immer ihren gleichen Wert beibehalten.
Anhand von Versuchen bezüglich der Lage des
Luftspaltes hl kann man feststellen* daß diese maßgebend ist zur Erreichung der optimalen Kraft des Ankers 10. Es
ist daher der Luftspalt hl etwas außerhalb der Mitte des Spulenkerns 1 angeordnet» an welcher die optimale Kraft
erreicht wird.All working air gap t although the total air gap of the magnetic circuit and thus also the magnetic resistance always maintain the same value even when the armature is attracted. On the basis of experiments relating to the location of the
The air gap hl can be determined * that this is decisive for achieving the optimal force of the armature 10. The air gap hl is therefore arranged somewhat outside the center of the coil core 1, at which the optimal force is achieved.
Der konische Anker 10 ist auf einem Röhrchen 11 durch
Fließpressen auf der Drucknadel 8 fest aufgebracht. Die Drucknadel 8 ist an ihrem äußeren nicht druckenden Ende
umgebogen und an einer Feder 13 durch Einstecken befestigt. Die Feder 13» die mittels der Klemmscheibe lk arretiert
ist, dient zum Rückholen des Ankers 10 in die Ausgangslage.
The conical anchor 10 is on a tube 11 through
Impact on the pressure needle 8 firmly applied. The print needle 8 is bent at its outer non-printing end and attached to a spring 13 by insertion. The spring 13 », which is locked by means of the clamping disc lk , is used to return the armature 10 to the starting position.
Zur Rückhubbegrenzung ist auf dem Ende des Röhrchens 11
eine Scheibe 15 angebracht. Der Hub zwischen dem Jochteil 5 und der Scheibe 15 ist nun so ausgeführt, daß er kleiner
ist als der Hub h 1 zwischen Ankergegenstück 6 und
Anker 10, damit der Anker IO nicht auf das Ankergegenstück auftreffen kann·To limit the return stroke, a disk 15 is attached to the end of the tube 11. The stroke between the yoke part 5 and the disc 15 is now designed so that it is smaller than the stroke h 1 between the armature counterpart 6 and
Anchor 10, so that the anchor IO cannot hit the anchor counterpart
Da der Arbeitshub h 2 der Drucknadel 8 kleiner alsSince the working stroke h 2 of the print wire 8 is less than
der Arbeitsluftspalt h 1 ist, ist eine Anschlagbegrenzung des Ankers 10 in Achsrichtung nicht erforderlich.the working air gap is h 1, is a limit stop of the armature 10 in the axial direction is not required.
Bei Abschalten der Spule 2 wird der Anker 10 von der Feder in die Ausgangslage zurückgebracht bzw· die Scheibe 15When the coil 2 is switched off, the armature 10 is returned to the starting position or the disk 15 by the spring
mit dem Anschlagstück 12 aus Dämpfungsmaterial zum Anschlag gebracht. Die Halteecheibe l6 ist so eingestellt, damit die konische Seite des,Ankers 10 nicht auf das Jochteil 5 auftreffen kann.brought to the stop with the stop piece 12 made of damping material. The retaining washer l6 is set so that the conical side of the armature 10 cannot impinge on the yoke part 5.
009821/1304 - 7 -009821/1304 - 7 -
Bei der bisher beschriebenen Ausführungsförm des Elektromagneten erfolgt die Betätigung der Drucknadel 8 nach dem Arbeitsstromprinzip, d.h., daß nur bei Erregung des Elektromagneten die Drucknadel 8 bewegt wird* Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagneten arbeitet nach der Umkehrung des bisher beschriebenen Prinzips, dem Ruhestromprinzipο Der Anker 10 ist bei dieser Anordnung im nichtdruckenden Zustand der Drucknadel 8 entgegen der Federkraft einer Feder 13 angezogen« In Bezug auf das in Figo 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist bei der zweiten Ausführungsform (Fig, 3) der " Anker 10 umgedreht und die Feder 13 auch in entgegengesetzter Richtung wirkend. Nach Abschalten des Erregerstromes des Elektromagneten wird die Drucknadel 8 mit der von der Feder 13 gespeicherten Energie in Richtung zur Druckebene bewegt. Die Feder 13 ist zwischen Ring und dem Ansatzring 17 fest eingespannt» Durch die Bohrung des Ansatzx'inges 17 ragl ein Anschlagstück 12 aus elastischem Materiaxj das mittels eines Gewindastiftes l6 verstellt werden kann. Das Anschlagstück 12 wird nun so eingestellt, damit bei Erregung des Magneten der Magnetanker 10 nicht auf das Ankergegenstück 5 auftreffen kann·In the embodiment of the electromagnet described so far, the pressure needle is actuated 8 according to the working current principle, i.e. that the print needle 8 is moved * Another advantageous embodiment of the electromagnet according to the invention works after the reversal of the principle described so far, the closed-circuit principle o The armature 10 is in this Arrangement in the non-printing state of the print needle 8 pulled against the spring force of a spring 13 « In relation to the embodiment shown in Fig. 1, in the second embodiment (Fig. 3) the " Armature 10 reversed and the spring 13 also acting in the opposite direction. After switching off the excitation current of the electromagnet, the print needle 8 with the energy stored by the spring 13 in the direction moved to the print plane. The spring 13 is firmly clamped between the ring and the shoulder ring 17 »through the bore of the attachment 17 ragl a stop piece 12 made of elastic Materiaxj that by means of a threaded pin l6 can be adjusted. The stop piece 12 is now set so that when the magnet is excited the The magnet armature 10 cannot strike the armature counterpart 5
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