DE19901679B4

DE19901679B4 - electromagnet

Info

Publication number: DE19901679B4
Application number: DE19901679A
Authority: DE
Inventors: Horst-Dieter Erlhöfer; Manfred Dipl.-Ing. Rufer
Original assignee: Kuhnke GmbH
Current assignee: Kuhnke GmbH
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: DE29801860U1; DE19901679A1

Abstract

Elektromagnet mit mindestens einer elektrisch bestrombaren Spule (2, 20), die von einem weichmagnetischem Joch (4, 40) wenigstens teilweise umgriffen ist, mit mindestens einem, zumeist ortsfestem Kern (5, 50), wenigstens einem beweglich gelagerten Anker (8, 80), wobei der Anker (8, 80) unter Bildung eines Luftspaltes (L₁) teilweise oder ganz von einer Jochbrücke (16) in bzw. einem Jochboden (160) umgriffen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (8, 80) eine Querschnittsschwächung (11, 110) aufweist, wodurch sich der Luftspalt (L₁) kurz vor dem Ende des Arbeitsweges (S) vergrößert und am Ende des Arbeitsweges (S) sein Maximum als größtmöglichen Luftspalt einnimmt, dass der Anker (8, 80) weiterhin mit einer Haftvorrichtung (12, 120) verbunden ist.Electromagnet with at least one electrically energizable coil (2, 20), which is surrounded by a soft magnetic yoke (4, 40) at least partially, with at least one, usually stationary core (5, 50), at least one movably mounted armature (8, 80 ), wherein the armature (8, 80) to form an air gap (L ₁ ) partially or completely by a yoke bridge (16) in or a Jochboden (160) is embraced, characterized in that the armature (8, 80) a Cross-sectional weakening (11, 110), whereby the air gap (L ₁ ) increases shortly before the end of the working path (S) and at the end of the working path (S) assumes its maximum maximum air gap that the armature (8, 80) continue with an adhesive device (12, 120) is connected.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Elektromagneten mit mindestens einer elektrisch bestrombaren Spule, die von einem weichmagnetischen Joch wenigstens teilweise umgriffen ist, mit mindestens einem, zumeist ortsfestem Kern, wenigstens einem beweglich gelagerten Anker, wobei der Anker unter Bildung eines Luftspaltes teilweise oder ganz von einer Jochbrücke umgriffen ist.These The invention relates to an electromagnet with at least an electrically energizable coil, that of a soft magnetic Yoke is at least partially encompassed, with at least one, mostly stationary core, at least one movably mounted anchor, wherein the anchor to form an air gap partially or completely from a yoke bridge is encompassed.

Derartige Magnete sind bekannt als Zug- oder als Hubmagnete. Hierbei wird ein axial beweglich gelagerter Anker bei Bestromung einer Spule mit Kraftüberschuß translatorisch bewegt, wobei der Kraftüberschuß als Nutzkraft zur Verfügung steht. Es sind auch Schwenkmagnete bekannt, deren beweglich gelagerte Anker vorzugsweise radial beweglich gelagert ist. Bei Bestromung der Spule baut sich hier ebenfalls ein magnetisches Feld auf, das auf den Anker Wirkt, der hierdurch eine zuvor definierte Strecke durchschwenkt. Auch dieser Schwenkmagnet stellt an einer Abtriebswelle eine nutzbare Kraft als Drehmoment zur Verfügung.such Magnets are known as tension or as solenoids. This is an axially movably mounted armature when energizing a coil with excess force translational moved, with the excess of force as a utility to disposal stands. There are also known pivoting magnets whose movably mounted Anchor is preferably mounted radially movable. When energized The coil also builds up here a magnetic field, the on the anchor acts, which thereby pervades a previously defined route. Also, this pivoting magnet provides useful on an output shaft Force available as torque.

All diesen Elektromagneten ist gemeinsam, daß sie nach Durchfahren ihrer Wegstrecke zum Verbleiben in dieser Position eine entsprechend hohe elektrische Halteleistung erfordern.Alles These electromagnets have in common that they pass through their Distance to stay in this position a correspondingly high electrical Require holding power.

Diese aufzubringende Halteleistung bewirkt eine zusätzliche Erwärmung der Elektromagnete, das heißt daß sie für Dauerlast entsprechend groß augelegt werden müssen, um eine ausreichende Wärmeabfuhr zu erfüllen.These applied holding power causes additional heating of the electromagnets, the is called that she for continuous load sized accordingly Need to become, for a sufficient heat dissipation to fulfill.

Es ist auch bekannt, Elektromagnete derart auszulegen, daß sie einerseits für die Zeit der aufzubringenden Arbeit von der Ruhe- in die Sollposition eine erhöhte elektrische Aufnahmeleistung erfordern, während diese Leistung in der Sollposition reduziert werden kann. Dieses geschieht beispielsweise durch die Verwendung von zwei unabhängig zu bestromenden Spulen. Es sind auch Einspulensysteme bekannt, bei denen die Anzugsleistung nach Erreichen der Sollposition abgesenkt wird. Dieses läßt sich zum Beispiel dadurch erreichen, daß für den Beginn der Bewegungsphase bis zum Erreichen der vorgegeben Sollposition der Elektromagnet mit einer Überspannung kurzfristig betrieben wird, die nach Erreichen der Sollposition auf die zulässige Betriebsspannung abgesenkt wird. Gleiches läßt sich auch durch Takten der Ansteuerspannung erreichen, indem die Taktverhältnisse zwischen der Ein- und Ausschaltzeit der Spannung den entsprechenden Erfordernissen angepaßt werden.It It is also known to design electromagnets such that on the one hand for the Time of the work to be applied from the rest position to the set position increased require electrical recording power while this power in the Target position can be reduced. This happens, for example by the use of two independently energized coils. There are also Einspulensysteme known in which the tightening power is lowered after reaching the desired position. This can be For example, achieve that for the beginning of the movement phase until reaching the predetermined target position of the solenoid with an overvoltage operated shortly after reaching the target position on the permissible Operating voltage is lowered. The same can be done by clocking the Drive voltage achieve by the clock ratios between the input and Off time of the voltage can be adapted to the corresponding requirements.

All diesen Magneten ist zu eigen, daß sich aufgrund der geringeren Halteleistung letztendlich auch ein geringerer Kraftüberschuß bzw. ein geringeres nutzbares Enddrehmoment ergeben.Alles This magnet is to own that due to the lower Holding power ultimately a lesser excess of force or a result in lower usable final torque.

Hieraus leitet sich die Aufgabe ab, an sich bekannte Magnetsysteme dahingehend zu verbessern, daß diese bei entsprechender elektrischer Leistungsreduzierung eine hohe Endhaltekraft bzw. ein hohes Enddrehmoment zur Verfügung stellen.From this The task is derived from known magnetic systems to that effect to improve that with appropriate electrical power reduction, a high final holding force or provide a high end torque.

Diese Aufgabe ist gemäß des kennzeichnenden Merkmals des Anspruches 1 gelöst. Der Elektromagnet gemäß dieser Erfindung weist eine elektrisch bestrombare Spule auf, die vorzugsweise auf einen isolierenden, magnetisch nicht leitenden Spulenkörper gewickelt ist. Dieses Spulensystem ist mindestens teilweise von einem weichmagnetischen Joch umgriffen, das bodenseitig mit einem Kern, möglichst ohne Zwischenraum, flächig verbunden ist. Bei Zug- oder Haftmagneten ist dieser Kern teilweise in das Spuleninnere hineinragend. Der bewegliche Teil ist ein Anker, der bei Hub- und Zugmagneten eine translatorische Bewegung ausführt, bei Schwenkmagneten eine winkelbegrenzte Verschwenkung. Der erfindungsgemäße Gedanke wird im folgenden beispielhaft an einem Hub-/Zugmagneten erläutert.These Task is according to the characterizing Feature of claim 1 solved. The electromagnet according to this Invention has an electrically energizable coil, preferably wound on an insulating, magnetically non-conductive bobbin is. This coil system is at least partially of a soft magnetic Yoke embraced, the bottom side with a core, preferably without Gap, flat connected is. In train or Magnets, this core is partially protruding into the coil interior. The moving part is an anchor, the lifting and pulling magnet performs a translational movement, with a pivoting magnet angle-limited pivoting. The idea of the invention will be described below exemplified by a lifting / pulling magnet.

Das, das Spulensystem umhüllende Joch wird gegenüber seiner Kernseite mit einer Jochbrücke abgedeckt, die in der Materialdicke eine Durchbrechung aufweist, die von dem bewegbaren Anker durchdrungen ist. Der Anker taucht vorzugsweise bis über die Hälfte der Spulenlänge in die Spule ein. Die Durchbrechung der Jochbrücke für den Anker bildet zur Mantelfläche des Ankers ein Spiel aus, das als magnetischer Luftspalt bezeichnet wird, das möglichst klein sein sollte, um einen geringen magnetischen Übergangswiderstand zwischen Jochbrücke und Anker zu bilden.The, enveloping the coil system Yoke is opposite its core side covered with a yoke bridge, in the material thickness has an opening penetrated by the movable armature is. The anchor preferably dips to over half of the coil length in the Coil on. The opening of the yoke bridge for the armature forms the lateral surface of the Ankers play a game called the magnetic air gap will, if possible should be small to a low magnetic contact resistance between Jochbrücke and Anchor to form.

Die Stirnfläche des Ankers, die der in die Spule eingetauchten Stirnfläche des Ankers gegenüberliegt, ist mit einer Haftvorrichtung verbunden, wobei die Verbindung beispielsweise durch Schrauben erfolgen kann. Diese Haftvorrichtung kann als planparallele, glatte Scheibe ausgebildet sein, ebenso auch als Scheibe mit einer axialen Ausnehmung, als Abschnitt einer Scheibe oder in anderer Geometrie.The face of the anchor, which immersed in the coil end face of the Ankers opposite, is connected to an adhesive device, wherein the compound, for example can be done by screws. This adhesive device can be used as a plane-parallel, be formed smooth disc, as well as a disc with a axial recess, as a section of a disc or in another Geometry.

Die Länge des Ankers ist so bemessen, daß die Haftvorrichtung vorzugsweise an der Jochbrücke dann zur Anlage kommt, wenn der Anker die bestromte Endposition einnimmt. Zweckmäßigerweise erfolgt der mechanische Anschlag bei Erreichen der bestromten Endposition des Ankers durch die Anlage der Haftvorrichtung an der Jochbrücke.The Length of the Ankers is sized so that the Adhesive device preferably at the yoke bridge then comes to rest, when the armature takes the energized end position. Appropriately takes place the mechanical stop when reaching the energized end position of the anchor by the attachment of the detention device at the Jochbrücke.

Der Anker seinerseits erhält im annähernden Bereich der Haftvorrichtung eine Querschnittsschwächung als in die Ankeroberfläche eingebrachte umlaufende Nut oder als zum Beispiel gefräste Teilnut oder als angedrehten Rezeß oder aber auch beispielsweise als gefräste Flächen.The anchor in turn receives in the approximate region of the adhesive device a cross-sectional weakening as introduced into the anchor surface circumferential groove or as, for example, milled partial groove or as grooved recess or even at For example, as milled surfaces.

Die Länge dieser Querschnittsschwächung sollte in bestromter Endposition des Ankers den Bereich der Materialdicke der Jochbrücke vorzugsweise überspringend überdecken. Hierdurch ergibt sich eine enorme Vergrößerung des ursprünglich geringen Luftspaltes zwischen der Mantelfläche der Durchbrechung der Jochbrücke und der Mantelfläche des diese Durchbrechung durchgleitenden Ankers. Das magnetische Wirkprinzip ist wie folgt:
Es ist bekannt, daß magnetischen Feldlinien den Weg des geringsten Widerstandes wählen. Dieses ist normalerweise ein in sich geschlossener weichmagnetischer Eisenkreis. Der magnetische Kreis beispielsweise eines unbestromten Hubmagneten ist nicht geschlossen, sondern durch Luftspalte gekennzeichnet. Hierbei findet sich zunächst einmal ein Luftspalt, der sich zwangsläufig durch das Erfordernis der Bewegung des Ankers ergibt. Dieser Luftspalt ist in dem beschriebenen Beispiel das Spiel zwischen der inneren Mantelfläche der Durchbrechung in der Jochbrücke und der äußeren Mantelfläche des Ankers in unbestromter Endposition. Dieser Luftspalt wird möglichst gering gehalten. Weiterhin ist ein Luftspalt als Arbeitsluftspalt vorgesehen, der in diesem Beispiel gleichzeitig den Arbeitsweg beschreibt.In the energized end position of the armature, the length of this cross-sectional weakening should preferably overlap the region of the material thickness of the yoke bridge. This results in an enormous enlargement of the originally small air gap between the lateral surface of the opening of the yoke bridge and the lateral surface of this opening by sliding anchor. The magnetic principle of action is as follows:
It is known that magnetic field lines choose the path of least resistance. This is usually a self-contained soft magnetic iron circle. The magnetic circuit, for example, a non-energized solenoid is not closed, but characterized by air gaps. Here, first of all, there is an air gap, which inevitably results from the requirement of movement of the armature. This air gap is in the example described, the game between the inner circumferential surface of the opening in the yoke bridge and the outer surface of the armature in de-energized end position. This air gap is kept as low as possible. Furthermore, an air gap is provided as a working air gap, which simultaneously describes the working path in this example.

Wird die Spule bestromt, bildet sich ein magnetisches Kraftfeld aus. Die Feldlinien treten aus der Spule überwiegend im Spuleninneren aus und finden ihren geringsten magnetischen Widerstand in dem mit der Spule zusammenwirkenden weichmagnetischen Kreis aus Kern, Joch, Jochbrücke und Anker.Becomes the coil is energized, forms a magnetic force field. The field lines emerge from the coil predominantly inside the coil and find their lowest magnetic resistance in the with the coil cooperating soft magnetic circle of core, yoke, Trestle and anchor.

Hierbei ist das magnetische Kraftfeld bestrebt, den Luftspalt möglichst zu verringern. Der radiale Luftspalt zwischen der inneren Mantelfläche der Durchbre chung der Jochbrücke und der äußeren Ankermantelfläche läßt sich nicht weiter verringern, wohl aber der durch den Arbeitsweg bedingte Arbeitsluftspalt. Ist die eingegebene elektrische Leistung ausreichend, ist das Kraftfeld in der Lage, den Arbeitsweg, den sogenannten Hub oder Arbeitshub zu durchfahren und hierdurch den Arbeitsluftspalt zu verringern. Dabei taucht der Anker tiefer in das Spuleninnere ein; er wird von der im Spuleninneren liegenden Kernseite angezogen. Nach einer bestimmten Wegstrecke weist der erfindungsgemäße Anker die genannte Querschnittsschwächung auf. Diese Querschnittsschwächung taucht in den Bereich der Durchbrechung der Jochbrücke, wodurch sich der diesbezügliche Luftspalt wesentlich erhöht, das heißt daß der magnetische Widerstand in diesem Bereich stark zunimmt. Kurz vor der bestromten Endposition hat sich jedoch bereits die Haftvorrichtung der Oberfläche der Jochbrücke soweit genähert, daß nunmehr die Feldlinien aus der der Haftvorrichtung zugeneigten Oberfläche der Jochbrücke austreten und in die Haftvorrichtung eintreten. Hier ergibt sich nunmehr ein wesentlich geringerer magnetischer Widerstand für die Feldlinien, als der Luftwiderstand durch die Querschnittsschwächung des Ankers, so daß sich das magnetische Kraftfeld nunmehr über die Haftvorrichtung ausbildet und wirksam wird. Aufgrund dessen und der größeren Fläche des Kraftfeldüberganges steht somit eine entsprechend hohe Magnetkraft zur Verfügung. Mit entsprechendem Kraftüberschuß durchfährt der Anker die verbleibende Reststrecke des Arbeitsweges, der etwa in der Größenordnung der Materialdicke der Jochbrücke liegt. Am Ende des vorgegebenen Arbeitsweges gelangt die Haftvorrichtung an der dieser zugeneigten Oberfläche der Jochbrücke zweckmäßigerweise zur mechanischen Anlage. Es ergibt sich eine vielfach erhöhte Haltekraft im Zustand der bestromten Endposition des Ankers.in this connection is the magnetic force field, the air gap as possible to reduce. The radial air gap between the inner surface of the Durchbre Chung the yoke bridge and the outer anchor jacket surface can be not further reduce, but the condition of the commute Working air gap. Is the entered electrical power sufficient? is the force field capable of the work path, the so-called stroke or to go through the working stroke and thereby the working air gap to reduce. The anchor dives deeper into the coil interior one; it is attracted by the core inside the coil. After a certain distance, the anchor according to the invention has the called cross-sectional weakening on. This cross-sectional weakening dives into the area of the opening of the yoke bridge, causing the related Air gap significantly increased, that means that the magnetic Resistance in this area is increasing rapidly. Just before the energized However, the final position has already the adhesive device of the surface of the Trestle as far as approached, that now the Field lines from the adhesion of the inclined surface of the Trestle exit and enter the detention device. Here arises now a much lower magnetic resistance for the field lines, as the air resistance by the cross-sectional weakening of the Ankers, so that the magnetic force field now over the adhesive device is formed and becomes effective. Because of that and the larger area of the Forcefield transition Thus, a correspondingly high magnetic force is available. With corresponding force surplus passes through Anchor the remaining distance of the working path, which is approximately in the magnitude of the Material thickness of the yoke bridge lies. At the end of the predetermined working path arrives the detention device on the inclined surface the yoke bridge expediently to the mechanical system. This results in a much increased holding power in the state of the energized end position of the armature.

Hieraus läßt sich ableiten, daß in diesem so eingenommenen Zustand der erhebliche und zum Teil nicht erforderliche Kraftüberschuß durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung genutzt werden kann, um die elektrische Leistung entsprechend zu reduzieren. Neben dem reduzierten Energieverbrauch ergibt sich vorteilhaft gleichzeitig eine geringere Erwärmung des Elektromagneten, so daß von vornherein der Elektromagnet baulich kleiner, nur auf die tatsächlich erforderliche Kraft hin, ausgelegt werden kann.From this let yourself derive that in This state of affairs is considerable and sometimes not required power surplus through the embodiment of the invention can be used to reduce the electrical power accordingly. In addition to the reduced energy consumption results advantageous at the same time a lower warming of the electromagnet, so that from the outset the electromagnet structurally smaller, only on the actually required Power down, can be interpreted.

Die mit dem Anker verbundene Haftvorrichtung kommt vorzugsweise an einem als Anschlagfläche ausgestaltetem Steg zur Anlage. Dieser Steg kann entweder auf der Haftvorrichtung und/oder auf der Jochbrücke ausgebildet sein.The Anchor connected to the anchor is preferably on a as a stop surface designed bridge to the plant. This jetty can either be on the Adhesive device and / or be formed on the yoke bridge.

Der Vorteil eines solchen Steges ist einerseits eine einfach herstellbare gleichmäßige Anschlagfläche, andererseits bei entsprechender Ausgestaltung eine Fokussierung der magnetischen Feldlinien – mit den bekannten Vorteilen – auf den Bereich des Steges.Of the Advantage of such a bridge is on the one hand a simple to produce uniform stop surface, on the other hand with a corresponding embodiment, a focusing of the magnetic field lines - with the known advantages - on the area of the bridge.

Es ist aber auch möglich, Haftvorrichtung und Jochbrücke vollflächig oder teilflächig zur Anlage bzw. zum Anschlag zu bringen.It but it is also possible Adhesive device and yoke bridge entire area or part of the area to bring to the plant or to the stop.

Zur Lösung mancher Anwenderaufgaben kann es auch sinnvoll sein, zwischen beiden Anschlagflächen, der der Haftvorrichtung und der der Jochbrücke, einen magnetischen Luftspalt vorzusehen. Dieser Luftspalt kann zum Beispiel durch Galvanikverfahren dadurch erreicht werden, indem die Anschlagflächen mit einer magnetisch nichtleitenden Schicht überzogen werden. Der mechanische Anschlag beider Anschlagflächen erfolgt dann auf dieser galvanischen Schicht, wobei diese Schicht dann den magnetischen Luftspalt darstellt. Durch einen solchen Luftspalt lassen sich zum Beispiel werkstoffbedingte Remanenzerscheinungen nach Abschalten der elektrischen Steuerspannung weitgehend kompensieren.To solve some user tasks, it may also be useful to provide a magnetic air gap between the two stop surfaces, the adhesive device and the yoke bridge. This air gap can be achieved, for example, by electroplating by covering the stop surfaces with a magnetically non-conductive layer. The mechanical stop of both stop surfaces then takes place on this galvanic layer, this layer then representing the magnetic air gap. By such an air gap, for example, material-related Remanenzerscheinungen can be largely kom after switching off the electrical control voltage compensate.

Die Querschnittsschwächung – im, der Haftvorrichtung zugeordneten Ankerbereich kann zum Beispiel eine umlaufende, in den Anker eingestochene Nut sein. Die Breite und Lage dieser Nut auf dem Anker ist so bemessen, daß diese in der bestromten Endposition des Ankers die Dicke der Durchdringung der Jochbrücke vorzugsweise geringfügig überschreitet. Das heißt, in bestromter End position des Ankers liegt die Durchdringung der Jochbrücke innerhalb der Breite der eingebrachten Nut. Fertigungstechnisch dürfte diese Querschnittsschwächung jedoch rationeller herstellbar sein, wenn diese – statt einer Nut – als von der Stirnfläche her angedrehter Rezeß ausgeführt ist. Hierbei endet die Rezeßlänge, von der Ankerstirnseite der Haftvorrichtung her gesehen, an der vergleichbaren, der Haftvorrichtung entfernteren Einstichfläche einer Nut.The Cross-sectional weakening - im, the Adhesive associated with anchor region, for example, a be circumferential, pierced in the anchor groove. The width and Location of this groove on the anchor is such that this in the energized end position of the anchor, the thickness of the penetration of the Trestle preferably slightly exceeds. This means, in energized end position of the anchor is the penetration of the Trestle within the width of the introduced groove. manufacturing technology might this cross-sectional weakening However, to produce more rational, if this - instead of a groove - as of the face her turned off recess is executed. This ends the process length, from seen the armature end face of the adhesive device, at the comparable, the adhesive device remotely puncture surface of a groove.

Bei Erfordernis läßt sich die Haftvorrichtung auch mit hartmagnetischen Eigenschaften ausgestalten. Hierbei kann die Kraft eines Hartmagneten dann die elektromagnetische Haltekraft unterstützen.at Requirement can be configure the adhesive device with hard magnetic properties. Here, the force of a hard magnet then the electromagnetic Support holding power.

Der nutzbare Kraftabgriff steht über den translatorisch bewegten Anker zur Verfügung. Bei Schwenkmagneten erfolgt der Abgriff an einer schwenkbeweglich gelagerten Abtriebswelle. Hier steht die Kraft als nutzbares Drehmoment zur Verfügung.Of the usable power tap stands over the translationally moving anchor available. With swiveling magnets the tap on a pivotally mounted output shaft. Here, the power is available as usable torque.

Anhand der Zeichnung wird das Funktionsprinzip im einzelnen näher erläutert. Hierin zeigenBased the drawing, the principle of operation will be explained in detail. Here in demonstrate

1 einen Längsschnitt durch einen Elektromagneten in unbestromter Ausgangsposition, 1 a longitudinal section through an electromagnet in de-energized starting position,

2 zeigt den Magneten nach 1, jedoch in bestromter Endposition, 2 shows the magnet 1 , but in energized end position,

3 einen weiteren Magneten in unbestromter Ausgangsposition, 3 another magnet in a de-energized starting position,

4 den Magneten nach 3, jedoch in bestromter Endposition, 4 after the magnet 3 , but in energized end position,

5 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm. 5 shows a force-displacement diagram.

Der Elektromagnet 1 besteht aus einer bestrombaren Spule 2, die vorzugsweise auf einen elektrisch isolierenden, magnetisch nicht leitendem Spulenkörper aufgebracht ist. Dieser Spulenkörper ist innen hohlzylindrisch ausgebildet, um sowohl den Anker 8, wie auch den Kern 5 aufzunehmen.The electromagnet 1 consists of an energizable coil 2 , which is preferably applied to an electrically insulating, magnetically non-conductive bobbin. This bobbin is hollow cylindrical inside to both the anchor 8th as well as the core 5 take.

Dieses Spulensystem, besteht aus der Spule 2 und dem Spulenkörper 3 und wird mindestens teilweise von einem weichmagnetischen Joch 4 umgriffen. Dieses Joch kann beispielsweise ein U-förmiges Stanzbiegeteil sein, das an seinem U-Boden mit dem Kern 5 verbunden ist.This coil system, consists of the coil 2 and the bobbin 3 and is at least partially of a soft magnetic yoke 4 encompassed. This yoke may for example be a U-shaped stamped and bent part, which at its U-bottom with the core 5 connected is.

Der Kern 5 weist an seiner zum Spuleninneren geneigten Seite einen Innenkegel auf, der durch die Mantelfläche 6 und den Kegelboden 7 begrenzt ist. Im hohlzylindrischen Teil der Spule ist ein Anker 8 beweglich gelagert, der an seiner, in die Spule hineinragendem Teil mit einem Außenkegel versehen ist, welcher durch die Kegelmantelfläche 9 und die Stirnfläche 10 begrenzt ist. Der Innenkegel des Kernes 5 und der Außenkegel des Ankers 8 sind geometrisch aufeinander abgestimmt. Zwischen der Stirnfläche 10 des Außenkegels und dem Kegelboden 7 besteht im nichtbestromten Zustand, das heißt in der Ausgangsposition dieses Elektromagneten ein Abstand, der als Arbeitsweg S bezeichnet ist. Über diesen Arbeitsweg hinweg liefert der beschriebene Elektromagnet bei Bestromung eine entsprechende Nutzkraft, die umso größer wird, je weiter sich der Anker 8 dem Kern 5 nähert. – Abhängig von der einander zugeneigten Ausgestaltung von Kern und Anker lassen sich der nutzbare Arbeitsweg S und der Verlauf der Kraft-Weg-Kennlinie eines Elektromagneten festlegen.The core 5 has on its side inclined towards the inside of the coil on an inner cone, passing through the lateral surface 6 and the cone bottom 7 is limited. In the hollow cylindrical part of the coil is an anchor 8th movably mounted, which is provided at its projecting into the coil part with an outer cone, which through the conical surface 9 and the frontal area 10 is limited. The inner cone of the core 5 and the outer cone of the anchor 8th are geometrically coordinated. Between the face 10 the outer cone and the cone bottom 7 is in the non-energized state, that is, in the initial position of this electromagnet, a distance which is referred to as the working path S. Throughout this working path, the electromagnet described supplies a corresponding useful force when energized, which becomes greater as the armature moves farther 8th the core 5 approaches. Depending on the design of the core and the anchor, the usable working path S and the course of the force-displacement characteristic of an electromagnet can be determined.

Der Anker 8 ragt um mindestens diesen nutzbaren Arbeitsweg S in unbestromtem Zustand aus dem Magneten heraus. Auf dieser, aus der Magnetspule herausragenden Seite ist der Anker 8 mit einer Querschnittsschwächung 11 versehen, die beispielsweise als umlaufende Nut in den Anker eingestochen ist. Auf seinem, der inneren Stirnfläche 10 gegenüberliegenden äußeren Stirn fläche ist der Anker mit einer Haftvorrichtung 12 verbunden. Diese Verbindung kann beispielsweise eine Schraubverbindung 15 sein. Die Haftvorrichtung 12 ist mit einer Ausnehmung 13 versehen, so daß sich in Richtung Spulensystem eine Anlagefläche 14 ausbildet.The anchor 8th projects out of the magnet by at least this usable working path S in the de-energized state. On this side protruding from the magnet coil is the armature 8th with a cross-sectional weakening 11 provided, for example, is inserted as a circumferential groove in the anchor. On his, the inner face 10 opposite outer end surface is the anchor with an adhesive device 12 connected. This connection can, for example, a screw connection 15 be. The detention device 12 is with a recess 13 provided so that in the direction of coil system a contact surface 14 formed.

Das das Spulensystem umgreifende Joch 4 ist U-förmig ausgebildet und auf seiner offenen U-Seite durch eine Jochbrücke 16 aus weichmagnetischem Material abgedeckt, so daß diese Jochbrücke 16 an der jeweiligen Anlagefläche 19 der offenen U-Schenkel zur Anlage kommt. Die Jochbrücke 16 weist eine Durchbrechung auf, durch welche der Anker mit radialem Spiel beweglich hin- und herverschiebbar ist. Die innere Mantelfläche 161 dieser Durchbrechung innerhalb der Jochbrücke 16 ist umfänglich größer, als die Außenmantelfäche 81 des Zylinders 8. Hierdurch ergibt sich das Spiel zwischen den Mantelflächen 161 und 81, daß in dieser Anordnung bei einem Elektromagneten als Luftspalt L₁ bezeichnet wird.The yoke surrounding the coil system 4 is U-shaped and formed on its open U-side by a yoke bridge 16 Covered from soft magnetic material, so that this yoke bridge 16 at the respective contact surface 19 the open U-leg comes to the plant. The yoke bridge 16 has an aperture through which the armature is reciprocable with radial play back and forth. The inner lateral surface 161 this opening within the yoke bridge 16 is circumferentially larger than the Außenmantelfäche 81 of the cylinder 8th , This results in the game between the lateral surfaces 161 and 81 in that in this arrangement an electromagnet is referred to as air gap L ₁ .

Um entsprechend hohe Haltekräfte im angezogenen Zustand zu erreichen, ist es zweckmäßig, den Abstand A₁ zwischen den Anlageflächen 14 und 18 geringfügig kleiner zu halten, als die Strecke. Hierdurch wird erreicht, daß in bestromter Endposition die Anlageflächen 14 und 18 Berührungskontakt haben und eine maßliche Beabstandung der Kegelstirnflächen gegeben ist.In order to achieve correspondingly high holding forces in the attracted state, it is expedient, the distance A ₁ between the contact surfaces 14 and 18 slightly smaller than the distance. Here By ensures that in energized end position, the contact surfaces 14 and 18 Have contact with contact and a dimensional spacing of the conical end faces is given.

Die Ausnehmung 13 der Haftvorrichtung 12 wählt man, um einerseits eine höhere magnetische Flußdichte durch Fokussierung der magnetischen Feldlinien im Bereich der Anlageflächen 14, 18 zu erhalten, andererseits ist es mit der verbleibenden Anlagefläche 14 einfacher, einen flächigen Kontakt zur Anlagefläche 18 herzustellen, als wenn die Haftvorrichtung 12 ohne Ausnehmung wäre.The recess 13 the detention device 12 one chooses, on the one hand, a higher magnetic flux density by focusing the magnetic field lines in the area of the contact surfaces 14 . 18 on the other hand it is with the remaining contact surface 14 easier, a flat contact with the contact surface 18 produce as if the adhesive device 12 without recess would be.

Wie bereits vorn erwähnt, erfolgt die magnetische Flußrichtung bei Bestromung in der nach 1 dargestellten Ausgangsposition derart, daß die aus der Spule, vornehmlich im Spuleninneren, austretenden magnetischen Feldlinien über den Kern 5, das Joch 4, die Jochbrücke 5, den Luftspalt L₁ in den Anker 8 eintreten und bestrebt sind, den magnetischen Widerstand der durch den Arbeitsweg S gegeben ist, zu überwinden bzw. zu reduzieren.As already mentioned above, the magnetic flux direction takes place during energization in the after 1 illustrated starting position such that the out of the coil, mainly in the coil interior, exiting magnetic field lines over the core 5 , the yoke 4 , the yoke bridge 5 , the air gap L ₁ in the anchor 8th occur and endeavor to overcome the magnetic resistance given by the working path S.

Die in 2 dargestellte Arbeitsposition zeigt den in die Spule eingetauchten Anker 8, wobei sich die Strecke des Arbeitsweges S auf das minimal mögliche Maß reduziert hat. Die Querschnittsschwächung 11 im Anker 8 überdeckt nunmehr die Dicke 17 der Jochbrücke 16, so daß sich für die magnetischen Feldlinien von der Jochbrücke 16 in den Anker 8 hinein ein erheblich größerer Luftspalt 12 ergibt. Andererseits kommt die Anlagefläche 14 der weichmagnetischen Haftvorrichtung 12 an der Anlagefläche 18 der Jochbrücke 16 zur Anlage. Hierdurch ergibt sich für die magnetischen Feldlinien ein anderer, wesentlich widerstandsärmerer Weg, in dem die Feldlinien nunmehr im Bereich der Anlagefläche 14 aus der Jochbrücke 16 in die Haftvorrichtung 12 eintreten. Aufgrund das flächigen Kontaktes zwischen der Haftvorrichtung 12 und der äußeren Stirnseite des Ankers 8, ist nun der magnetische Feldlinienverlauf wie folgt:
Aus dem Spuleninneren in den Kern 5 eintretend, weiter in das Joch 4, die Jochbrücke 16, im Bereich 18 aus der Jochbrücke 16 austretend in die Haftvorrichtung 12, und in die Sirnseite des Ankers 8.In the 2 shown working position shows the immersed in the coil anchor 8th , wherein the distance of the working path S has been reduced to the minimum possible degree. The cross-sectional weakening 11 in the anchor 8th now covers the thickness 17 the yoke bridge 16 , so that for the magnetic field lines of the yoke bridge 16 in the anchor 8th into a considerably larger air gap 12 results. On the other hand comes the contact surface 14 the soft magnetic adhesive device 12 at the contact surface 18 the yoke bridge 16 to the plant. This results for the magnetic field lines another, much lower resistance path in which the field lines now in the area of the contact surface 14 from the Jochbrücke 16 into the detention device 12 enter. Due to the surface contact between the adhesive device 12 and the outer face of the anchor 8th Now, the magnetic field line is as follows:
From the inside of the coil into the core 5 entering, further into the yoke 4 , the yoke bridge 16 , in the area 18 from the Jochbrücke 16 exiting into the detention device 12 , and in the front of the anchor 8th ,

3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der einerseits der Kern 50 eine Durchbrechung 51 für einen vorzugsweise unmagnetischen Kraftabgriffsstößel 151 aufweist. Dieser Kraftabgriffsstößel durchdringt gleichzeitig den Anker 80 auf seiner gesamten Länge und dient außerdem als Schraubbefestigung 150 für die Haftvorrichtung 120. Dieser Kraftabgriffsstößel 151 ist mit dem Anker kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Der Kern 50 ist hier ebenfalls im hohlzylindrischen Teil eines Spulenkörpers 30 aufgenommen, der mit einer Spule 20 bewickelt ist. Gleichzeitig weist der Kern auf der in das Spuleninnere gerichteten Seite einen Innenkegel 60 auf, der auf den Außenkegel 90 des Ankers 80 geometrisch abgestimmt ist. 3 shows a further embodiment, in which on the one hand the core 50 an opening 51 for a preferably nonmagnetic Kraftabgriffsstößel 151 having. This Kraftabgriffsstößel penetrates the anchor at the same time 80 along its entire length and also serves as a screw fastening 150 for the detention device 120 , This power tap 151 is positively and / or positively connected to the anchor. The core 50 is here also in the hollow cylindrical part of a bobbin 30 taken up with a coil 20 is wound. At the same time, the core has an internal cone on the side directed into the interior of the coil 60 on the outside of the cone 90 of the anchor 80 is geometrically tuned.

Das, das Spulensystem umgreifende weichmagnetische Joch 40 kann in diesem dargestellten Beispiel als rotationssymmetrisches Teil ausgebildet sein, das einseitig und einstückig durch einen Boden 160, der als Jochbrücke dient, verschlossen ist. Dieser Boden 160 enthält ebenfalls eine Durchbrechung 200, durch welche der Anker 80 mit seiner Mantelfläche 210 beweglich gleiten kann. Zwischen der inneren Mantelfläche der Durchbrechung 200 und der äußeren Mantelfläche 210 des Ankers 80 besteht ebenfalls ein Spiel, daß den magnetischen Luftspalt L₁ im unbestromten Zustand des Elektromagneten darstellt. Die dem Boden 160 gegenüberliegende Seite des Joches 40 wird im Bereich 400 durch den entsprechend ausgestalteten Kern 50 durch dessen Außenumfang 500 verschlossen. Hierbei wird Wert darauf gelegt, daß möglichst zwischen den Berührungsflächen kein Spiel auftritt, sondern daß entsprechender Flächenkontakt gegeben ist, um den magnetischen Feldlinien einen möglichst geringen Widerstand in diesem Bereich zu bieten.The soft magnetic yoke surrounding the coil system 40 may be formed in this illustrated example as a rotationally symmetrical part, which on one side and in one piece by a bottom 160 , which serves as a yoke bridge, is closed. This floor 160 also contains an opening 200 through which the anchor 80 with its lateral surface 210 can slide freely. Between the inner lateral surface of the opening 200 and the outer lateral surface 210 of the anchor 80 There is also a game that represents the magnetic air gap L ₁ in the de-energized state of the electromagnet. The the ground 160 opposite side of the yoke 40 will be in the area 400 through the appropriately designed core 50 through its outer circumference 500 locked. In this case, it is important that no play occurs between the contact surfaces as possible, but that appropriate surface contact is given to provide the magnetic field lines the lowest possible resistance in this area.

Der Jochboden 160 ist auf seiner nach außen gerichteten Fläche mit einer Ausnehmung 130 versehen, so daß eine Restdicke 170 des Bodens 160 verbleibt. Durch diese Ausnehmung bildet sich die Anlagefläche 180, die mit der Alagefläche 140 der Haftvorrichtung 120, die in diesem Fall eine planparallele, gestanzte Scheibe aus weichmagnetischem Werkstoff sein kann, im bestromten Zustand zusammenwirkt.The yoke floor 160 is on its outward-facing surface with a recess 130 provided so that a residual thickness 170 of the soil 160 remains. Through this recess, the contact surface is formed 180 that with the alage surface 140 the detention device 120 , which in this case may be a plane-parallel, stamped disc of soft magnetic material, cooperates in the energized state.

Der Anker 80 weist an seiner der Haftvorrichtung 120 zugeneigten Seite eine Querschnittsschwächung 110 auf, die vorzugsweise als abgestufter Rezeß kleineren Durchmessers als die Mantelfläche 210 des Ankers ausgebildet ist.The anchor 80 indicates at its the detention device 120 inclined side a cross-sectional weakening 110 preferably as a stepped recess of smaller diameter than the lateral surface 210 of the armature is formed.

In 4 ist die bestromte Anker-Endposition des Elektromagneten nach 3 dargestellt. In dieser Position sind die Anlageflächen 140 der Haltevorrichtung 120 und die Anlagefläche 180 des Bodens 160 zur Anlage gebracht. Zwischen der inneren Mantelfläche der Durchbrechung 200 und dem Rezeß ergibt sich auch in diesem Fall der große Luftspalt 12.In 4 is the energized armature end position of the electromagnet after 3 shown. In this position are the contact surfaces 140 the holding device 120 and the contact surface 180 of the soil 160 brought to the plant. Between the inner lateral surface of the opening 200 and the recess also results in this case, the large air gap 12 ,

Aus 5 lassen sich die Vorteile dieser Neuerung gegenüber dem Stand der Technik aus zwei vergleichenden Kraft-Weg-Kennlinien deutlich erkennen. Hierbei entspricht die Kraft-Weg-Kennlinie I den Verhältnissen, die den Grundgedanken dieser Erfindung verwirklichen. Die Kennlinie II zeigt das Kraft-Weg-Verhalten eines Elektromagneten gemäß dem bekannten Stand der Technik.Out 5 The advantages of this innovation over the prior art from two comparative force-displacement curves can be clearly seen. Here, the force-displacement characteristic I corresponds to the conditions that realize the basic idea of this invention. The characteristic II shows the force-displacement behavior of an electromagnet according to the known prior art.

Werden beide Kennlinien verglichen, ist zu erkennen, daß bereits zu Beginn der Ankerbewegung mit dem erfindungsgemäßen Magneten einerseits eine höhere Anfangskraft, andererseits auch eine höhere Endkraft zur Verfügung steht. Diese Vorteile lassen sich zur Reduzierung der elektrischen Energie nutzen. Gleichzeitig ist auch bei gleicher Kraftabgabe, wie bei einem Magnet gemäß dem Stand der Technik, eine erhebliche Reduzierung der Baugröße des erfindungsgemäßen Elektromagneten gegeben.If both characteristics are compared, it can be seen that already at the beginning of Ankerbewe tion with the magnet according to the invention on the one hand a higher initial force, on the other hand, a higher end force is available. These advantages can be used to reduce the electrical energy. At the same time, a considerable reduction of the size of the electromagnet according to the invention is given even with the same power output, as in a magnet according to the prior art.

Claims

Electromagnet with at least one electrically energizable coil ( 2 . 20 ), which by a soft magnetic yoke ( 4 . 40 ) is at least partially encompassed, with at least one, usually stationary core ( 5 . 50 ), at least one movably mounted anchor ( 8th . 80 ), the anchor ( 8th . 80 ) to form an air gap (L ₁ ) partially or completely from a yoke bridge ( 16 ) in or a Jochboden ( 160 ), characterized in that the anchor ( 8th . 80 ) a cross-sectional weakening ( 11 . 110 ), whereby the air gap (L ₁ ) increases shortly before the end of the working path (S) and at the end of the working path (S) assumes its maximum as the largest possible air gap that the armature ( 8th . 80 ) with an adhesive device ( 12 . 120 ) connected is.

Electromagnet according to claim 1, characterized in that in the electrically energized end position of the armature ( 8th . 80 ) the contact surface ( 14 . 140 ) of the adhesive device ( 12 . 120 ) at the contact surface ( 18 . 180 ) of the Jochbrücke ( 16 ) or the Jochbodens ( 160 ) comes to the plant.

Magnet according to claim 1 or 2, characterized in that the distance (A ₁ ) at the end of the working path (S) is less than the air gap (L ₂ ).

Magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 8th . 80 ) with the adhesive device ( 12 . 120 ) is positively and / or positively connected.

Magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional weakening ( 11 . 110 ) of the anchor ( 8th . 80 ) is assigned to the anchor side at which the adhesive device ( 12 . 120 ) is attached.

Magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive device ( 12 ) on the anchor side a recess ( 13 ) having.

Magnet according to one of Claims 1 to 5, characterized that the holding device is a disk.

Magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional weakening ( 11 ) is a groove.

Magnet according to claim 8, characterized in that the cross-sectional weakening a circumferential groove.

Magnet according to Claims 1 to 7, characterized in that the cross-sectional weakening ( 110 ) at the adhesive device ( 12 . 120 ) associated end face of the armature opens.

Magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive device ( 12 . 120 ) consists of soft magnetic material.

Magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the electromagnet ( 1 ) is a lifting and / or a pull magnet.

Magnet according to one of Claims 1 to 12, characterized that the electromagnet is a swing magnet.