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EINZIEHMAGNET Die Erfindung bezieht sich auf Elektromagnete und betrifft
insbesondere Einziehmagnete zum Antrieb verschiedener Vorrichtungen, wie Andruckrollen
bei Magnettongeräten, Bremseinrichtungen, federbelastete Hebel.
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Es sind Zweiwicklungseinziehmagnete bekannt, bei welchen die eine
Wicklung als Arbeitswicklung und die andere als Haltewicklung dient. Die Arbeitswicklung
solcher Magnete wird mit Stromimpulsen gespeist, während die Haltewicklung für den
Dauerbetrieb ausgelegt ist. Zum Einziehen des Ankers wird ein Stromimpuls durch
die Arbeitswicklung geschickt, während die Haltewicklung vom Strom länger durchflossen
wird. Sie wird von einem geringen Strom solange durchflossen, bis der Anker in eingezogener
Stellung bleiben soll. Zum Herausfahren (Rückstellen) des Ankers in die Ausgangsstellung
werden beide Wicklungen von
der Speisequelle abgeschaltet und stromlos
gemacht. Dies gestattet die Erhitzung des Elektromagneten zu senken, Elektroenergie
zu sparen, dio Abmessungen des Magneten zu reduzieren, lo"st aber nicht die Aufgabe
in Prinzip: nach dem Ansprechen des Magneten bleiben seine Wicklungen - wenn sie;
auch einen geringen Strom verbrauchen -an die Speisequelle angeschlossen, #rwärmen
sich und erzeugen elektromagnetische Streufelder.
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Bekannt sind auch Einwicklungseinziehmagnete mit Kugelarretierung
( s. W.T. Kolischtschuk, E,N. Trawnikow, Konstruktion und Berechung von Magnettongeräten,
Kiew, 1965, S. 213-233) und mit Zahnradarretierung (s. Uhheberschein Nr. 2254498),
bei der das drehbare Zahnrad mit einem fest im Magnetkörper sitzenden Gegenzahnrad,
das abwechselnd hohe und niedrige Zähne besitzt, in Eingriff kommt. Diese Elektromagnete
werden ausschließlich durch Stromimpulse betätigt. Zum Einziehen und Ausfahren des
Ankers werden die Stromimpulse durch die gleiche Wicklung geschickt, Durch den ersten
Impuls wird der Anker eingezogen und verbleibt in dieser Lage dank dem anschlag
an die Kugeln bzw. dem Anschlag des Zahnrades an die hohen Zähne des Gegenrades.
Durch den nächstfolgenden Impuls wird der Anker zuerst vorwärts, nach der Einziehseite
hla verschoben, kommt außer Eingriff mit dem Magnetkörper und wird dann in dle ausgerückte
Stellung dank dem Wälzen der Kugeln in den Nuten der Arretierung bzw. dem Umstellen
des Arretierungszahnrades auf dle niedrigen Zähne des Gegenrades zurückgebracht.
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Der Vorteil dleser Elektromagnete gegenüber den oben beschriebenen
besteht darin, daß sie dle Aufgabe im Prinzip lösen - nach dem Ansprechen werden
deren Wicklungen völlig von den Speisequellen abgeschaltet. Im Arbeitszustand der
Vorrichtungen, in welchen die Magnete eingebaut sind, werden diese nicht erhitzt,
verbrauchen keine Energie, erzeugten keine elektromagnetische Streufelder.
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Jedoch ist der Umstand, daß der Anker des Magneten durch die gleichen
Stromimpuls, die die gleichen Kreise (eine einzige Wicklung) durchlaufen, eingezogen
und zurückgestellt wird , ein großer Nachteil, da in Vorrichtungen, wo mehrere solche
Magnete vorhanden sind, passleren kann, daß elner oder mehrere Magnete außer Tritt
fallen und im Augenblick, wo deren Anker nach den htbeitsbedingungen eingezogen
werden sollen, diese zurückgestellt werden und umgekehrt. Außerdem ist das Arretierungssystem
dleser Elektromagnete relativ kompliziert und arbeitet unzuverlässig.
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Bekannt ist ein Einziehmagnet, der einen Arbeitsanker und einen federbelasteten
Hilfsanker mit Wicklungen sowie eine Arretierung, die den Arbeitsanker in eingezogener
Lage beim Ausbleiben des Stromes in den Wicklungen hält, besitzt (s. W.T.
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Kolischtschuk, E.N. Trawnikow, Konstruktion und Berechnung von Magnettongeräten,
Kiew, 1965, S. 219-221).
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Dieser Elektromagnet stellt eine Einrichtung dar, bestehend
aus
zwei senkrecht zueinander angeordneten Einwicklungseinzieh magneten. Der eine Magnet
dient als Arbeitsmagnet, während der andere einen federbelasteten Anker besitzt
und als Hilfsmagnet dient. Der Hilfsmagnet betätigt die Arretierung, welche als
einfacher Riegel, der mit dem anker des nllfsmagneten verbunden ist und den Anker
des Arbeitsmagneten bei dessen Einzug am Anschlag hält, ausgeführt ist.
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Zum Einziehen des Ankers des Arbeitsmagneten wird ein Stromimpuls
durch seine Wicklung durchgelassen. Der Anker wird eingezogen. Der Arretierungsrigel
kommt unter der Wirkung des federbelasteten Ankers des Hilfsmagneten mit dem Anschlag
des Hauptankers in Eingriff und halt diesen in eingezogener Lage bei stromlosen
Wicklungen.
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Zum Rückstellen des Ankers des Arbeitsmagneten wird eln Strom impuls
durch die Wicklung des Hilfselektromagneten geschickt. Der Anker des Hilfsmagneten
überwindet dle Kraft der Feder und der Reibung in der Arretierung, schiebt den Arretierungsriegel
heraus und gibt den Arbeitsanker frei. Letzterer kehrt in die Ausgangsstellung zurück,
wonach die Wicklungen wieder stromlos werden.
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Neben den Vorteilen der oben beschriebenen Elektromagneten welst
jedoch der Zweiwicklungseinziehmagnet auch wesentliche Mängel auf.
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Dse Wicklungen dieser kombinierten Elektromagneten beflnden sich
in verschiedenen senkrecht zueinander angeordneten Gehäusen, und daher braucht die
gesamte Einrichtung viel Platz.
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Die Arretierung ist derart ausgerührt, daß zur Verschiebung
derselben
unter Belastung des Arbeitsankers eine erhebliche Kraft gebraucht wird, demzufolge
der Hilfsmagnet sich größenmäßig wenig oder überhaupt nicht von dem Arbeitsmagnet
unterscheidet. Der Anker des Hilfsmagneten wird bei der Rückstellung des Arbeitsankers
senkrecht zu diesem verstellt, demzufolge die Bewegung des Arbeitsankers nicht einsetzen
kann, solange der Riegel völlig außer Eingriff mit seinem Anschlag gekommen ist.
Dies vermindert die Wirkungsgeschwindigkeit der gesamten Einrichtung.
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Zweck der Erfindung ist es, die erwähnten Mängel zu beseltagen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elnen Einziehmagnet zu
schaffen, dessen ÄusfiNrung es gestattet, seine Abmessungen zu verringern, die Stromaufnahme
auf ein Mindestmaß zu reduzieren, besondere für das Ansprechen des Hilfsmagneten,
die Wirkungsgeschwindigkeit zu verbessern und die Betriebssicherheit der Arretierung
zu erhöhen.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Einziehmagnet,
der einen Arbeitsanker, einen federbelasteten Hilfsanker und eine Arretierung, die
den Arbeitsanker in eingezogener Lage beim Ausbleiben des Stromes in den Wicklungen
hält, besitzt gemäß der Erfindung der Hilfsanker als koaxial mit dem Arbeitszylinder
angeordneter Hohlzylinder ausgeführt ist, wobei seine dem Hilfsanker zugewandte
Stirnfläche mit einem Anschlag versehen ist, während die Arretierung gleichfalls
als zwischen dem Hilfsanker und dem Arbeitsanker untergebrachter Hohlzylinder ausgeführt
ist, an dessen Seitenfläche zumindest eine Bohrung vorgesehen ist,
in
der eine Kugel, die mit dem Anschlag des Arbeitsankers bei dessen Feststellung in
eingezogener Lage in Eingriff kommt, untergebracht ist.
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Es ist; ratsam, daß der Hilfsanker In Richtung des Arbeltsankers
federbelastet ist, was eine Verstellung derselben in einer Richtung beim Einziehen
und Rückstellen des Arbeitsankers sichert.
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Die Zweckmäßigkeit einer solcher Lösung wird dadurch bestä-Gewicht
tigt, daß die Abmessungen und das / des erfindungsgemäßen Einziehmagneten kleiner
als bei den bekannten nach der Leistung und den Anwedungsbedingungen äquivalenten
Elektromagneten sind, dle Stromaufnahme für das Ansprechen des Hilfsankers und der
Arretierung auf ein Mindestmaß reduziert ist, während die Wirkungsgeschwindigkeit
des Elektromagneten um das Lfehrfache höher als bei den herkömmlichen Elektromagneten
ist.
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Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung einer konkreten
Ausführungsvariante mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den erfindungsgemäßen Einziehmagnet mit eingezogenem Arbeitsanker (Längsschnitt);
Fig. 2 desgleichen, mit herausgefahrenem Arbeitsanker.
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Der erfindungsgemäße Einziehmagnet enthält ein Gehäuse 1 das 1),
das neben den Konstruktionsfunktionen dLe Funktion eines Magnetleiters für die in
diesem untergebrachten Haupt- und Hilfsmagneten erfüllt. Der Hauptelektromagnet
besteht aus einem Arbeitsanker 2 und einer diesen umfassenden Wicklung 3. Der Hilfsmagnet
besteht aus einem Hilfsmagnet 4 und einer Wicklung 5, die
mit einem
Luftspalt 6 gegenüber dem Anker 4 derart angeordnet ist, daß das Magnetfeld dieser
Wicklung 5 die Verstellung des Ankers 4 in diesem Spalt 6 in Axialrichtung gewährleistet.
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Der Hilfsanker 4 ist als Hohlzylinder, der koaxial mit dem Arbeitsanker
2 angeordnet ist, ausgeführt und hat elne Umbördelung 7 zur Abstützung einer Feder
8, die den Hilfsanker 4 in Richtung des Arbeitsankers 2 belastete An den Stirnflächen
des Arbeitsankers 2 sind die Stoßstange 9 und die Ziehstange 10 befestigt, die zur
Kupplung mit der Arbeitsvorrichtung (nicht mitgezeichnet) in welcher sie als Antrieb
benutzt werden, dienen.
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An der Stoßstange 9 ist ein Stoßdämpfer 11 aus Urethankautschuk zur
Schwächung der Stöße seitens des Arbeitskolbens 2 bel dessen Rückstellung unter
Belastung angeordnet. Die dem Hilfsanker 4 zugewandte Stirnfläche des Arbeitskolbens
2 ist mit einem Anschlag 12 aus Kohlenstoffstahl in Form elnes Kegelstumpfes, dessen
Erzeugende mit der Kegelbasis einen Winkel von 200 (für die beschriebene Variante)
bildet, versehen.
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Außer den vorstehend beschrlebenen Haupb- und Hilfsmagneten enthält
der erfindungsgemäße Elektromagnet eine Arretierung 13, die in Form eines Hohlzylinders
aus diamagnetischem Material (Zinn) ausgeführt und zwischen den Hilfsanker 4 unddem
Arbeltsanker 2 untergebracht ist. An der Seitenfläche dieses Zylinders sind sechs
Bohrungen 14 symmetrisch am Zylinderumfang in unmittelbarer Nähe von seiner dem
Arbeitsanker 2 zugewandten Stirnfläche vorgesehen. In jeder Bohrung 14 ist eine
Kugel 15 untergebracht.
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Wie berelts erwähnt wurde, ist die Arretierung 13 zwischen dem Arbeltsanker
2 und dem Hilfsanker 4 untergebracht. Hierbei kommt der Anker 2 mit der Innenfläche
der Arretierung 13 in Berlhrung und bewegt slch frei in dleser, während der Hilfsanker
4 kommt mit der Außenfläche der Arretierung 13 in Berührung / und bewegt slch ebenfalls
frei auf dieser.
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Die Abmessungen der Bohrungen 14, der Kugeln 15, der Arretierung
13 und dle Dicke deren Wandungen sind derart gewählt, daß bel der Feststellung des
Arbeitsankers 2 in eingezogener Lage auf dle Innenfläche des Hilfsankers 4 nur eln
kleiner Weil der Kraft von der Außenbelastung übertragen wird, während der Hauptanteil
derselben auf die Wände der Bohrungen 14 der Arretierung übertragen wird. Somit
wird der Hilfsanker 4 entlastet und seine Verstellung erlelchtert. Hierbei ist hervorzuheben,
daß die Bauart der Arretierung 13 dem Einziehmagnet gestattet, mehrfache Überlastungen
und Vibrationen ohne Störung der Feststellung des Arbeitsankers auszuhalten.
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Bei der beschriebenen Variante ist dle optimale Zahl der Bohrungen
14 und der Kugeln 15 gleich sechs gewählt. Je nach der Arbeitsbelastung des Elektromagneten
kann ihre Zahl vergrößert oder verkleinert werden.
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Die Wicklung 3 ist auf einen geschichteten Körper gewickelt, der
die Form einer Spule hat, deren eine Stirnseite als Kern 16 dient und aus weichmagnetischem
Stahl ausgefuhttt ist. Die andere Stirnseite 17 der Spule ist auch aus weichmagnetischem
Stahl ausgeführt
und wird mit dem Kern mittels eines Einsatzes
18 aus diamagnetischem Material (Zinn) gekuppelt. Der Körper mit der Wicklung 3
ist mittels eines Gewlndes 19 mit dem Gehause 1 verbunden, das gleichfalls aus weichmagnetischem
Stahl ausgeführt ist.
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Die Wicklung 5 ist auf einen Körper 20 aus weichmagnetischem Stahl
gewickelt, deren das Gehäuse 1 eingewalzt ist. Ddr Körper 20 ist mit einem Axialkanal
ausgeführt, in dem die Ziehstange 10 verstellt wird.
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Somit erfüllen beide Wicklungskörper neben den konstruktiven Funktionen
die Funktion eines Magnetleiters, der ein Teil der magnetischen Kreise ist, die
aus dem Arbeitsanker 2 dem Körper der Wicklung 3 des Arbeitsankers 2 und dem Gehäuse
1 sowie aus dem Hilfsanker 4, dem Träger 20 und dem Gehäuse 1 gebildet sind.
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Der beschriebene Elektromagnet ist zerlegbar. Aus dem Gehäuse 1 dann
man alle Baugruppen, mit Ausnahme des eingewalzten Körpers 20 mit der Wicklung 5,
ausbauen.
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Im Bedarfsfalle kann der erfindungsgemäße Einziehmangnet mit einer
einzigen Stange - einer Stoßstange oder einer Ziehstange -ausgeführt werden. Es
ist auch die Benutzung elnes zusätzlichen Mittels zur manuellen Rückstellung des
Arbeitsankers möglich.
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Der erfindungsgemäße Einziehmagnet funktioniert wie folgt.
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Zum Einziehen des Arbeitsankers 2 wird ein Stromimpuls durch dle
Wicklung 3 geschickt. Hierbei wird der Anker 2 bis zum Anschlag an den Kern 16 verstellt
und führt die Arbeit aus. Der Hilfsanker 4, dessen Wicklung 5 zu dieser Zeit stromlos
ist, wird unter der Wirkung der Feder 8 in gleicher Richtung wie der Ärbeitskern
verstellt.
Hierbei werden die Kugeln 15 durch den Anker 4 in die
Bohrungen 14 der Arretierung 13 eingedrückt. Die Bohrungen 14 werden durch dle innere
Wandung des Hilfsankers 4 abgedeckt, so daß dle Kugeln 15 fest gesperrt werden.
Nach dem Durchlauf des Stromimpulses wird der Arbeitsanker 2 mit einem Anschlag
12 gegen die Kugeln 15 gedrückt und von diesen sicher in eingezogener Lage bei stromlosen
Wicklungen 3 und 5 gehalten.
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Zum Rückstellen des Arbeitsankers 2 in die Ausgangsstellung wird
ein Stromimpuls durch die Wicklung 5 des Hilfsankers 4 geschickt. Der Hilfsanker
# überwindet unter der Wirkung der elektromagnetischen Kräfte die Kraft der Feder
8 sowie der Reibung und verschiebt sich am Zylinder der Arretierung 13. Hierbei
werden die Bohrungen 14 offengelegt. Die freigelegten Kugeln 15 (Fig. 2) werden
durch den Anschlag 12 des Arbeitsankers 2 herausgedrückt, während der Anker 2 selbst
in die Ausgangsstellung zurückkehrt. Hierbei werden die Stöße seltens der auf den
Arbeitsanker 2 wirkenden Belastung dtr ch den Stoßdämpfer 11 gedämpft.
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Die Rückstellung des Arbeitsankers 2 in die Ausgangslage beginnt
gleichzeitig mit der Bewegung der Kugeln 15, also bevor der Hilfsanker 4 seinen
ganzen Weg zurücklegt. Letzteres trägt zur Erhöhung der Wirkungsgeschwindigkeit
des Einziehmagneten bei.
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Das gleiche betrifft auch das Einziehen und Feststellen des Ar#@ beitsankers
2, da der Hilfsanker 4 seine Verstellung zusammen mit den Kugeln 15 bereits, bevor
der anker 2 an den Kern 16 anschlägt, beginnt.
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Die Wirkungsgeschwindigkeit wird auch dadurch garantiert, daß die
Wicklungen 3 und 5 des Einziehelektromagneten eine relativ geringe Windungszahl
und folglich eine geringe Induktivität aufweisen. Die Senkung der Windungszahl der
Wicklungen 3 und 5 und Gewichts somit der, Abmessungen und des des erfindungsgemäßen
Elektromagneten ist dadurch möglich, daß die zulässige Stromdichte in den Wicklungen
3 und 5 um das vielfache größer als bei den herkömmlichen Elektromagneten ist.
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Die Bauart der Arretierung 13 des erfindungsgemäßen Elektromagneten
bei sicherer Sperrung des Arbeitsankers 2 eingezogener Lage gestattet seine Rückstellung
mit minimalem Energieaufwand. Die erforderliche Energie kann in einem Kondensator
gespeichert werden. Letzteres ist von wesentlicher Bedeutung, da es die Rückstellung
des Arbeitsankers 2 in die Ausgangsstellung im Falle elner Notabschaltung der Einrichtung,
in der er benutzt wird, vom Spelsenetz gestattet. Sonst aber kann der Einziehmagnet
vom aufgeladenen Kondensator sowohl beim Rückstellen als auch belm Einziehen des
Arbeitsankers 2 betrieben werden0 Das Vorliegen eines Speicherkondensators in den
Speisekreisen gestattet es, in der Einrichtung leistungsschwache Speisequellen zu
@benutzen, die den Speicherkondensator in den Pausen zwischen den Stromimpulsen
aufladen. Die zum Ansprechen erforderliche Impulsdauer (bei der Kupplung des Arbeitsankers
des Magneten mit der Vorrichtung über elne Feder) ist, so gering, pi@ daß der Elektromagnet
während dieser Zeit keine Erwärmung erfährt,
was wesentlich dLe
Wärmeableitung in der gesamten Etnrtchtung erleichtert.
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Bei der Benutzung der erfindungsgemäßen Elektromagneten in Einrichtungen
für die Magnetaufzeichnung ist auch wichtig, daß die Magnete im Betriebszustand
der Einrichtung keine elektromagnetischenStreufelder erzeugen.
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Nachstehend ist elne Tabelle der wesentlichsten technischen Daten
des erfindungsgemäßen Elektromagneten für die Ausführungen A und B angeführt: mit
einem Arbeitsanker 2, der eine kegelförmige Stirnseite gemäß Fig. 1 und 2 hat (Zugkraft
über den gesamten Weg des Arbeitskerns unverändert); mit einem Arbeitsanker, der
eine flache Stirnseite bei ähnlicher konstruktiver Lösung aller anderen Elemente
aufweist (Zugkraft steigt steil an mit der Annäherung der Ankerstirnseite an den
Kern).
Tabelle sführung Durchmesser Masse, Durchzieh- Andrück-
Arbeits- Arbeit Impulsansprechstrom und Länge kg kraft, kraft, weg (Maxi- Einzug,
Rückstellung, Speisedes Gehäu- kp kp (max) malwert), A A spannung ses, mm mm kpm
V . A # 21; l=61 0,14 1 6 6.10-3 1,7 1,6 27+ 48 . B 4 . A # 28; l= 71 0,27 4 7 16.10-3
. B 10 22.10-3 3,3 1,1 -"-. A # 34; l= 80 0,45 4 9 40.10-3 4,5 2,1 -"-. B 10 . A
7 11,5 # 40; l= 95 0,75 70.10-3 4,5 1,6 -"-. B 18 . A # 50; l= 125 1,60 10 - 13
140.10-3 5 0,6 -"-