DE2132354A1

DE2132354A1 - Elektromagnetische Betaetigungsvorrichtung zum Erzeugen einer stossartigen Bewegung

Info

Publication number: DE2132354A1
Application number: DE19712132354
Authority: DE
Inventors: Brandt M Griffing
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1972-02-10
Also published as: CH528370A; US3659238A; FR2095553A5; NL7108615A; CA931202A; SE360194B; GB1326970A

Description

Böblingen, 12. November 1971 H'z-sk

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10

Amt!.Aktenzeichen: P 21 32 354.6 Aktenz.d.Anmelderin: Docket BC 970 004

Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung zum Erzeugen einer stößartigeri bewegung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung zum Erzeugen einer stoßartigen Bewegung. Derartige Betätigungsvorrichtungen werden insbesondere in Typenschnelldruckwerken eingesetzt, wo sie zum Betätigen der Druckhämmer dienen. Im Schweizer Patent 483 093 ist bereits eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben worden, die einen magnetischen Kreis aufweist, der mit zwei Wicklungen ausgerüstet ist, deren eine zum Zurückziehen bzw. Zurückhalten des Magnetankers in seiner Buhelage und die zweite zum Betätigen des Ankers in die Arbeitelage dient.

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Eine andere Betätigungsvorrichtung ist aus dem US-Patent 3 217 640 bekannt, bei der das elektromechanische Betätigungsglied erfordert, daß der magnetische Fluß in einem beweglichen Kurzschlußkreis durch eine elektromagnetische Spule umgekehrt wird, was die Beweglichkeit der betreffenden Spule erforderlich macht und daher zu einer komplizierten mechanischen Anordnung führt.

Die vorbekannten Betätigungsvorrichtungen haben insbesondere den Nachteil, wegen der erforderlichen Haltewicklungen für den Mägnetanker relativ viel Platz zu beanspruchen, während es bei einem Typen-Schnelldrucker insbesondere darauf ankommt, möglichst je Druckposition eine Betätigungsvorrichtung für den Druckhammer unterbringen zu können, so daß bei der Auslegung der Betätigungsvorrichtung für diesen Zweck auf besonders schlanke Bauweise geachtet werden muß. Die erfindungsgemäße elektromagnetische Betätigungsvorrichtung zum Erzeugen einer stoßartigen Bewegung ist gekennzeichnet durch zwei magnetische Kreise und einen beiden Kreisen gemeinsamen Permanentmagneten, einen bewegbaren Anker, der durch die Wirkung des magnetischen Flusses in dem ersten magnetischen Kreis gehalten ist, erste Mittel zur Erteilung einer Vorspannkraft an den Anker, die in der Richtung auswärts von dem ersten magnetischen Kreis wirkt, zweite Mittel, um den magnetischen Fluss in dem ersten magnetischen Kreis soweit herabzusetzen, daß die Vorspannkraft die am Anker wirksame Haltekraft überwindet, und dadurch, daß der zweite magnetische Kreis so ausgelegt ist, daß er so viel magnetischen Fluß aufnehmen kann, daß der Permanentmagnet praktisch seine gesamte Remanenz wie-

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Docket BC 970 004 P 21 32 354.6

dererlangt, wenn die Mittel zur Herabsetzung des Flusses des ersten magnetischen Kreises abgeschaltet sind, derart, daß der Anker wieder in seine durch die Haltekraft im ersten magnetischen Kreis bestimmte Lage zurückgezogen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig.l ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Betätigungsvorrichtung für einen Druckhammer;

Fig.2 einige Teile der Betätigungsvorrichtung in einer Ansicht von rechts in Fig.l;

Fig.3 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig.l;

Fig.4 eine typische B-H Kurve für ein permanentmagnetisches Material.

Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden eine Betätigungsvorrichtung für einen Druckhammer beschrieben. Die Erfindung kommt natürlich auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen in Frage wie z.B. für Karten- oder Bandlocher und dergleichen. Viele Einzelheiten der zu beschreibenden Betätigungsvorrichtung werden hier nicht näher erläutert, da sie aus dem Schweizer Patent 483 093 bekannt sind.

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Die in der Fig.l gezeigte Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der magnetische Fluss im Permanentmagneten praktisch konstant bleibt, während der Fluß im beweglichen Anker auf 0 reduziert werden kann, um einen Druckhammer anzutreiben. Besonders vorteilhaft ist, daß die für den Antrieb des Druckhammers benötigte Anzahl von Amperewindungen auf ein Minimum reduziert werden kann.

Abgesehen von Verlusten weist die in Fig.l dargestellte Vorrichtung zwei Flußpfade auf, denen ein Schenkel gemeinsam ist, der den Permanentmagneten 10 umfasst. Der erste, mit φ . bezeichnete Flusspfad liefert den Fluß, der erforderlich ist, um den Anker 16 in seine vorgespannte Lage gegen den oberen Teil 14 des Magnetkerns zurückzuziehen und zu halten. Der andere magnetische Flusspfad ist mit φ ₂ bezeichnet und bildet den Kurzschluß, wobei der magnetische Fluss, der über den Luftspalt 11 geht, im unteren Teil 12 des Magnetkerns die für die Erzeugung des Flusses φ ₂ nötige magnetomotorische Kraft liefert. Je grosser das Verhältnis der Flüsse zu φ _ ist, um so kleiner ist die Flußänderung im Magneten und um so weniger Amperewindungen benötigt die Wicklung 15, um den Hammer 18 anzutreiben.

Durch eine Deckplatte 22 wird die gesamte hufeisenförmige Magnetanordnung zusammengehalten, die aus dem unteren Teil 12 und dem oberen Teil 14 besteht, der auch die Verlängerung durch die Wicklung 15 bis zur Stirn 23 einschließt. Der Magnet 10 und eine Säule 13 sind aneinander und an der Deckplatte (22) befestigt.

Der hufeisenförmige Magnetkern, der die Teile 12 und 14 sowie die Verlängerung bis zur Stirn 23 umfasst, könnte beispielsweise auch aus magnetischem Material in einem Stück gegossen sein. Die Verlängerung bis zur Strin 23 könnte am oberen Teil 14 beispielsweise auch verschraubt sein, um eine gewisse Beweglichkeit zu gestatten, die für die Ausrichtung der Stirn 23 mit dem Anker 16 erforderlich ist. Die Flussdichte im oberen Teil des Pfades ist überall gering mit Ausnahme der Nachbarschaft des Ankers 16, so daß die Potentialdifferenz HL des Permanentmagneten 10 einen Fluss in zwei parallelen Pfaden erzeugt, nämlich im Pfad φ _, der den Anker umfasst und in dem Pfad φ₂, der den Luftspalt aufweist. HL bezeichnet dabei die Koerzitivkraft H und die Magnetlänge L.

Zunächst wird der Magnet in die positive Sättigung getrieben und kehrt dann zum Arbeitspunkt P, Fig.4, zurück. Wenn die Wicklung 15 durch Einspeisen eines geeigneten Stromimpulses in die Leitung 24 erregt wird, geht der Fluß φ , gegen Null. Das geht einher mit einer Verschiebung des Arbeitspunktes des Magneten 10 zum Punkt T in Fig.4, da der Magnet versucht, den Fluß (J)₁ zusätzlich zum statischen Fluss φ, durch den Luftspalt 11 fliessen zu lassen. Da die B-H-Kurven praktisch aller Permanentmagnete eine gewisse Neigung aufweisen, wie das in Fig.4 gezeigt ist, kann nicht der gesamte Fluß φ - über den Kurzschluss fliessen. Solange jedoch die Vorrichtung jedoch so ausgelegt ist, daß sie in einem Arbeitsbereich arbeitet, der zwischen den Punkten P und T der B-H-Kurve liegt,

kann die grössere erforderliche Magnetisierungskraft aufgebracht werden, während die Rückkehr der Vorrichtung zum statischen Zustand, wobei die Wicklung 15 abgeschaltet wird, den Permanentmagneten veranlaßt, vom Punkt T zum Punkt P zurückzukehren.

Die für die Wicklung 15 erforderlichen Amperewindungen (NI) bestimmen sich aus der folgenden Gleichung:

NI = HL

ρ Μ

1 +

+ K A

Darin ist K der Anstieg der B-H-Kurve im Punkt P, A ist der Querschnitt des Magneten, H ist die Koerzitivkraft, die der Magnet gemäß Fig.4 entwickelt, und L ' ist die Länge des Magneten. K und H werden als positive Grossen angesehen und <|> ist das Mass des induzierten Flusses.

Obwohl die Elemente 12, 13, 14 und 23 unter Benutzung einer beliebigen Technik aus magnetischem Material hergestellt sein können, ist zu beachten, daß diese Elemente tatsächlich Teile beider Flusspfade bilden. Dementsprechend umfaßt der Betätigungspfad den Permanentmagneten 10, den oberen Teil der Säule 13 inklusive die Nase 17, den Magnetanker 16, der bezüglich der Stirn 23 und der Nase 17 beweglich ist, sowie den oberen Teil 14 mit dessen Verlängerung, die in der

Stirn 23 endet. Der Kurzschlusspfad umfasst den unteren Teil 12, den Spalt 11, der ein Luftspalt sein kann, den unteren Teil der Säule 13 und den Permanentmagneten Der Druckhammer wird mechanisch durch die Endfläche des Winkelarms 21 angetrieben, der mittels Schrauben 2O an der Säule 13 befestigt ist. Eine verstellbare Auflage 19 kann zur Einstellung der Flugzeit des Hammers vorgesehen werden, wie das ähnlich im Schweizer Patent 483 093 beschrieben ist.

Wäre der Kurzschlußpfad nicht vorhanden, würde die Herabsetzung des magnetischen Flusses im Betätigungspfad unter Einschluss des Permanentmagneten 10 dazu führen, dass der Arbeitspunkt des Permanentmagneten auf den Punkt 25 in der Fig.4 verschoben würde. Infolgedessen würde der Permanentmagnet 10 beim Abschalten der W* "Vung 15 zum Punkt 26 anstatt zum Punkt P zurückkehren. Die an diesem Punkt vorhandene magnetische Feldstärke wäre offensichtlich ungenügend, um den Anker 16 zurückzuziehen und ihn in seiner Bereitschaftsstellung zu halten. Die B-H Kurve der Fig.4 ist typisch für ein Permanentmagnetmaterial, das aus Alnico 5 besteht und eine Flussdichte von angenähert 13 000 Gauss im Punkt P und nur wenig weniger im Punkt T aufweist. Aus der vorn angegebenen Gleichung ist zu ersehen, daß je flacher der Anstieg des oberen Teils der B-H Kurve ist, um so kleiner ist der Anstieg K und damit um so weniger wichtig ist dieser Faktor in der Gleichung. Daher können die hauptsächlichen Faktoren, die für die Bestimmung der Magnetgrösse und für die Amperewindungen massgebend sind, aus der Gleichung entnommen werden; sie sind in der Hauptsache eine Funktion des Verhältnisses zwischen den Flüssen φ. und

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£>ie vorliegend beschriebene Erfindung ist insbesondere geeignet für Anordnungen mit einer Vielzahl von elektromagnetischen Betätigungsgliedern, wie sie ähnlich in Fig.2 des Schweizer Patentes 483^093 beschrieben sind. Bei Benutzung der vorliegenden Erfindung ist es leicht möglich, viele derartige Vorrichtungen Seite an Seite in einer relativ kompakten Anordnung unterzubringen, wobei nur wenig oder gar kein Platz vorhanden ist, in dem sich Flussverluste um das Betätigungsglied ausbilden könnten. Außerdem lassen sich die erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtungen dieser kompakten Anordnung relativ leicht auswechseln, da keine Haltespulen erforderlich sind.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß der Anker 16 nicht in der gezeigten Art im Flusspfad fixiert sein muss. Er muss lediglich so weit vorgespannt sein, daß er aus dem Flusspfad herausbewegt wird, um die ihm zugedachte mechanische Funktion ausführen zu können, jedoch nicht so viel vorgespannt, dass er durch die magnetomotorische Kraft nicht zurückgezogen werden kann, wenn die Wicklung 15 abgeschaltet ist. Die mechanische Fluglänge des Ankers 16 könnte verlängert werden, indem zusätzliche Massnahmen ergriffen werden, um den Anker 16 ausreichend nahe an die Stirn 23 heranzubringen, so daß der magnetische Fluss im Betätigungspfad den Anker 16 zurückholen und in seiner Bereitschaftsstellung halten kann.

Der Vorzug der Benutzung von Alnico-Material für den Permanentmagneten liegt zur Hauptsache darin, dass dieses Material bereits seit längerer Zeit bekannt ist und mit annehmbaren Toleranzen, wie zum Beispiel 5 %, hergestellt wird und leicht erhältlich ist.

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Es ist zu beachten, dass, falls ein flexibler magnetischer Pfad für den Federarm 21 und den Anker 16 benutzt wird, der obere Teil der Säule 13, inklusive die Nase 17, und der bewegliche Anker 16 als ein Stück aus diesem flexiblen magnetischen Material hergestellt sein können. Die Federgualitäten dieses flexiblen Materials können dabei zusammen mit geeigneter Montage d^e Vorspannkraft zur Ausführung der Operationen liefern, wie sie in ähnlicher Weise von den Elementen 21, 16 und 19 sowie dem oberen Teil der Säule 13 und der Nase 17 geliefert wird.

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Claims

- ίο - P a t e η t a η s ρ r tt ö h e

1. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung zum Erzeugen einer stoßartigen Bewegung, gekennzeichnet durch zwei magnetische Kreise ( φ , φ₂) und mit einem beiden Kreisen ( φ ,» φ ο* gemeinsamen Permanentmagneten (10) , mit einem bewegbaren Anker (16)/ der durch die Wirkung des magnetischen Flusses in dem ersten magnetischen Kreis { φ.) gehalten ist, erste Mittel (21) zur Erteilung einer Vorspannkraft an den Anker (16), die in Auswärtsrichtung vom ersten magnetischen Kreis ( φ ) wirkt, zweite - Mittel (15), um den magnetischen Fluss in dem ersten magnetischen Kreis ( φ_) soweit herabzusetzen, dass die Vorspannkraft, die am Anker (16) wirksame Haltekraft überwindet, und dadurch, daß der zweite magnetische Kreis ( φ ^) so ausgelegt ist, dass er so viel magnetischen Fluss aufnehmen kann, daß der Permanentmagnet praktisch seine gesamte Remanenz wiedererlangt, wenn die zweiten Mittel (15) zur Herabsetzung des Flusses im ersten magnetischen Kreis ( (J) .) abgeschaltet sind, derart, daß der Anker (16) wieder in seine durch die Haltekraft im ersten magnetischen Kreis ( φ.) bestimmte Lage zurückgezogen wird.

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2. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste magnetische Kreis ( φ ) so ausgelegt ist, dass die durch den magnetischen Fluss bewirkte Kraft die Vorspannkraft der ersten Mittel (21) normalerweise überwiegt und den Anker (16) in den ersten magnetischen Kreis ( φ,) zurückzieht, wenn die zweiten Mittel (15) abgeschaltet sind.

3. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsfreiheit des Ankers (16) mechanisch soweit eingeschränkt ist, daß er nicht über den Punkt der Rückholbarkeit durch die statische magnetische Kraft im ersten magnetischen Kreis ( φ ) hinausbewegt werden kann, und daß der Anker (16) im ersten magnetischen Kreis ( φ .) einen Luftspalt erzeugt, wenn er der Vorspannkraft folgt.

4. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite magnetische Kreis (φ₂) einen magnetischen Widerstand (11) aufweist, der die magnetomotorische Belastung des Permanentmagneten (10) während der Betätigung der zweiten Mittel (15) innerhalb des Bereiches der B-H Kurve des Magneten (10) hält, so dass der Magnet (10) nach dem Abschalten der zweiten Mittel (15) zu seinem vorherigen Remanenzzustand zurückkehren kann.

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5. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet/ daß der
magnetische Widerstand (11) durch einen Luftspalt gebildet ist, und daß die beiden magnetischen Kreise ( φ ., φ«) aus einem Material hergestellt sind, dessen magnetische Verluste vernachlässigbar klein sind.

6. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel, die den
magnetischen Fluss im ersten magnetischen Kreis ( φ·,) herabsetzen, eine Wicklung (15) umfassen, deren Amperewindungen (NI) nach der Formel

NI = H.

>^LM

1 +

Φ₂ + KAH

bestimmt sind, worin K der Anstieg der B-H
Kurve im Remanenzpunkt, A der Querschnitt des Magneten, H die Koerzitivkraft des Magneten
und L die Magnetlänge sind, wobei K und H als positive Werte genommen sind und φ.. und φ .
ein Mass für den induzierten Fluss in den bei den magnetischen Kreisen bedeuten.

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