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Polarisiertes Magnetsystem
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Die Erfindung betrifft ein polarisiertes Magnetsystem mit einem Anker
der, in seiner Längsrichtung von einer elektrischen Spule umgeben und um eine, den
Anker an seinem dem Jochboden zugewandten Ende durchsetzenden Achse, mittig zwischen
zwei Polschenkeln bewegbar ist, wobei im Flußverlauf zumindest eines Schenkels ein
Permanentmagnet angeordnet ist.
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Derartige polarisierte Magnetsysteme finden Anwendung zur mechanischen
Speicherung einer bzw. beider Endlagen des Ankers. Bei derartigen Magnetsystemen
ist die Anordnung eines Permanentmagneten im Flußverlauf des einen/oder beider Polschenkel
des Magnetsystemes zur Erzielung einer permanentmagnetischen Anzugs- und Haltekraft
in der/ oder den Endlagen des Ankers erforderlich. Es ist weiterhin eine elektrische
Spule erforderlich, die bei entsprechender Bestromung eine elektromagnetische Kraft
hervorruft, die der jeweiligen Haltekraft entgegengesetzt ist und eine Bewegung
des Ankers in die andere Endlage bewirkt.
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Es sind polarisierte Magnetsysteme bekannt, bei denen in einem U-förmigen
Magnetjoch eine elektrische Spule angeordnet ist, wobei der Anker an seinem dem
Jochboden zugewandten Ende mit einer Achse versehen ist, die in einer Ausnehmung
einer zwischen Jochboden und Spulenkörperunterseite angeordneten, magnetisch leitfähigen
Metallplatte gehalten ist. Bei dem bekannten Magnetsystem ist der zur Erzeugung
der permanentmagnetischen Kraft erforderliche Permanentmagnet zwischen dem einen
Längsschenkel des U-förmigen Magnetjoches und dem, zu einem Polschenkel abgewinkelten
Magnetschenkel eingefügt, während der andere Polschenkel beispielsweise ohne Zwischenschaltung
eines Permanentmagneten direkt an dem anderen Längsschenkel des U-förmigen Magnetjoches
befestigt ist. Dabei sind bei dem bekannten Magnetsystem die einzelnen Teile dieses
Magnetsystems, einschließlich des Spulenkörpers, mit Ausnahme des auf der Ankerachse
beweglichen Ankers durch Klebverbindungen miteinander verbunden und lagegesichert.
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Bei einem derartigen,im großen und ganzen zufriedenstellenden Magnetsystem
sind jedoch eine Vielzahl von Einzelteilen nötig, die zudem nach dem mechanischen
Zusammenfügen miteinander verklebt werden müssen.
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Dabei sind zwecks Einhaltung von vorgcgebenen mechanischen Werten,
insbesondere
des Arbeitsluftspaltes, umfangreiche und komplizierte Vorrichtungen erforderlich,
die diese Werte nach dem Verkleben sicherstellen, da nach dem Aushärten des Klebers
eine Korrektur praktisch nicht mehr möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vielzahl der für ein
derartiges Magnetsystem erforderlichen Einzelteile zu verringern, sowie eine Möglichkeit
zu schaffen, die erforderlichen Teile ohne Klebverbindungen miteinander zu verbinden
und in gegenseitiger definierter Lage zu sichern und somit eine rationelle Serienfertigung
zu ermöglichen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Möglichkeit
zu schaffen, den Arbeitsluftspalt des permanentmagnetischen Polschenkels nach dem
Zusammenbau des Magnetsystems justieren zu können um gegebenenfalls fertigungsbedingte
Streuungen des Permanentmagneten (Permanentkraft) ausgleichen zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mit einer
Bohrung versehener Permanentmagnet in einen Halterahmen aus nichtmagnetischem Material
eingelegt ist, der zwischen feststehendem, mit einem Langloch versehenen jochschenkel
des U-förmigen Magnetjoches und einstellbarem Jochschenkel einfügbar ist, und daß
nach Justierung des Arbeitsluftspaltes des permanentmagnetischen jochpoles der feststehende
Jochschenkel, Permanentmagnet und einstellbarer Jochschenkel mittels einer nichtmagnetischen
Schraubverbindung in fester Anordnung zueinander gehalten sind, während der andere,
der elektromagnetische Jochschenkel des U-förmigen Magnetjoches an seinem oberen
Ende einstückig zu einem Jochpol abgewinkelt ist.
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Da ein mit einer Bohrung versehener Permanentmagnet unter Umständen
schwierig herzustellen ist und somit hohe Fertigungskosten verursacht, sieht eine
weitere Ausbildung der Erfindung vor, daß zur Erzielung der permanentmagnetischen
Kraft zwei Einzelmagnete in einen mit entsprechend ausgebildeten Aufnahmekammern
versehenen Halterahmen eingesetzt sind.
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Zwecks weitgehender Reduzierung der mechanischen Abmessungen des erfindungsgemäßen
Magnetsystems bei dennoch hoher permanentmagnetischer Kraftwirkung, ist nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß für den/die Permanentmagnete
ein Magnetmaterial aus einer Seltene-Erden-Verbindung verwendet ist
Um
die fergtigungsbedingten Toleranzen möglichst vollständig ausgleichen zu können
und um auch den Spulenkörper des Magnetsystems ohne Klebverbindung in das System
einfügen zu können, ist weiterhin vorgesehen, daß der Spulenkörper mittels eines
zwischen dem oberen Pol schenkel und dem oberen Spulenkörperflansch angeordneten
federnden Elementes gegen den Jochboden gedrückt wird, wobei die Ankerachse in einer
Ausnehmung des unteren Spulenkörperflansches liegend, spielfrei zwischen Spulenkörperunterseite
und Jochboden geklemmt ist.
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Zur definierten Positionierung des Spulenkörpers im U-förmigen Magnetjoch
sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der untere Spulenkörperflansch
im Bereich der Lagerstelle der Ankerachse mit einem umlaufenden, vorstehenden Kragen
versehen ist, der in eine entsprechende Ausnehmung des lochbodens eintaucht.
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Eine besonders vorteilhalfte Ausbildung der Erfindung sieht ferner
vor, daß das federnde Element als Druckfeder, insbesondere als zylindrische Schraubenfeder
ausgebildet ist und auf einen am Spulenkörperflansch angeformten Zapfen aufgeschoben
ist.
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Zur exakten Führung des Magnetankers ist weiterhin vorgesehen, daß
das der Drehachse gegenüberliegende Ende des Ankers als Kraftabgriff mit Kunststoffmaterial
umspritzt ist und die Kunststoffumspritzung einerseits, in Bewegungsrichtung des
Ankers gesehen, Anschlagflächen an den Jochpolen bildet und andererseits, quer zur
Bewegungsrichtung, Führungsflächen zur seitlich engen Führung im Spulenkörperhals
aufweist.
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Um den Abstand, und damit den Arbeitshub, der beiden Polschenkelenden,
die zweckmäßigerweise mit geringer Vorspannung gegeneinander ausgeführt sind, nach
dem Zusammenbau des Magnetsystemes präzise einzuhalten, ist nach einer weiteren
Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Spulenkörper an seinem den Polschenkelenden
zugewandten Ende mit Ausnehmungen versehen ist, in denen die Polschenkelenden formschlüssig,
mit definiertem Abstand aufgenommen und gehalten sind.
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Damit das Magnetsystem gegen Verunreinigungen, insbesondere gegen
Eindringen von ferromagnetischen Schmutzpartikeln geschützt werden kann, ohne die
äußeren Abmessungen des Systems zu vergrößern,
sieht eine weitere
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetsystemes vor, daß die Polschenkel und
der Spulenkörperhals in bezug auf die übrigen Außenabmessungen des Magnetsystemes
schmaler ausgebildet sind und daß der Spulenkörperhals an seinenAußenseiten mit
Rasteinrichtungen versehen ist, mittels derer eine, die Außenabmessungen des Magnetsystems
nicht überragende Staubschutzkappe ausrastbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wir im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 die Ansicht des polarisierten
Magnetsystems im Schnitt, Fig. 2 die Seitenansicht des Magnetsystemes gemäß Fig.1
im Schnitt, Fig. 3 die Ansicht des vollständigen Magnetsystemes, Fig. 4 die Draufsicht
des Magnetsystemes gemäß Fig. 3, und Fig. 5 die Unteransicht des Magnetsystemes
gemäß Fig. 3.
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Das in den Abbildungen dargestellte polarisierte Magnetsystem besteht
im wesentlichen aus dem U-förmigen Magnetjoch 1, den Permanentmagneten 2', 2", dem
justierbaren, permanentmagnetischen jochschenkel 3, sowie dem Anker 4 und dem Spulenkörper
5. Auf dem Spulenkörper, der an seinem unteren Spulenkörperflansch 6 mit einem ringförmigen
Kragen 7 und der Ausnehmung 8 für die formschlüssige Aufnahme der Ankerachse 9 versehen
ist, befindet sich die elektrische Wicklung 10. Der linke Jochschenkel 11 des in
Fig. 1 dargestellten Magnetjoches 1 ist an seinem oberen Ende in etwa rechtwinkelig
abgebogen und bildet somit den elektromagnetischen Jochpol 12 des Magnetsystemes.
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Der weitere Aufbau und die zweckmäßige Ausgestaltung der einzelnen
Teile des in den Fig. dargestellten Magnetsystemes wird im folgenden beispielhaft
an Hand des Zusammenbaus eines derartigen Magnetsystemes dargestellt.
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Bei der Montage des erfindungsgemäßen Magnetsystemes wird zunächst
der Anker 4 in den Innenraum 13 des Spulenkörpers 5 eingebracht und anschließend
die Ankerachse 9 in die mit einem zweckmäßigen Lagerwerkstoff versehene Lagerstelle
14 des unteren Ankerendes 15 eingeschoben, bis diese die in der Fig. 2 dargestellte
Lage einnimmt. Dabei befindet sich die Ankerachse 9 nunmehr in der Ausnehmung 8
des
unteren Spulenkörperflansches 6. Der Innenraum 13 des Spulenkörpers
ist im Bereich der Lagerstelle des Ankers seitlich verengt ausgebildet, so daß der
Anker mit nur geringem seitlichen Spiel darin geführt ist.
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Nachdem die Montage soweit vorbereitet ist, wird der Spulenkörper
mitsamt dem Anker in das U-förmige Magnetjoch 1 eingesetzt, wobei der ringförmige
Kragen 7 des unteren Spulenkörperflansches in die entsprechend ausgebildete Ausnehmung
16 des Jochbodens 17 eintaucht.
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Beim Einfügen des Spulenkörpers in das Magnetjoch wird dieser zunächst
leicht seitlich gekippt eingeführt und anschließend in die senkrechte Lage gedrückt,
wobei der abgewinkelte elektromagnetische Jochpol 12 in die Ausnehmung 18 gelangt.
Um dieses seitliche Kippen des Spulenkörpers zu ermöglichen, ist der untere Spulenkörperflansch
6 mit der Schräge 19 versehen.
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Aufgrund des Eingreifens des ringförmigen Kragens 7 in die Ausnehmung
16 des lochbodens und des Jochpoles 12 in die Spulenkörperausnehmung 18 ist der
Spulenkörper nunmehr gegen seitliches Verschieben gesichert in dem Magnetjoch gehalten.
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Der Spulenkörper ist weiterhin an seinem oberen Ende mit einem vorzugsweise
konischen Zapfen 20 versehen, auf den nunmehr die zylindrische Schrauben-Druckfeder
21 aufgeschoben wird.
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Anschließend werden der, bzw. die Permanentmagnete 2', 2" in einen
aus nichtmagnetischem Material (vorzugsweise Kunststoff-Spritzteil) bestehenden
Halterahmen 22 eingelegt und der Jochschenkel 3 so mit dem Halterahmen zusammengefügt,
daß die Befestigungsbohrung 23 und die Durchgangsbohrung 24 im Halterahmen bzw.
bei Verwendung eines einstückigen Permanentmagneten die in diesem vorhandene Durchgangsbohrung
zur Deckung gelangen. Der Halterahmen 22 ist mit seitlichen Begrenzungen 25 die
den jochschenkel 3 umgreifen versehen, damit eine seitliche Halterung und definierte
Lage des Halterahmens am Jochschenkel erzielt wird. Dabei können gegebenenfalls
Rasteinrichtungen vorgesehen werden, die eine Verrastung von Halterahmen und Jochschenkel
bewirken.
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Der soweit vorbereitete Jochschenkel 3 mit dem Halterahmen 22 und
den Permanentmagneten 2', 2" wird sodann auf der Innenseite des rechten, feststehenden
jochschenkels 26 in das Magnetsystem eingefügt, bis die Befestigungsbohrung 23 in
den Bereich des Langloches 27 im
Jochschenkel 26 gelangt. Dabei
ist der Halterahmen auch auf der dem feststehenden Jochschenkel 26 zugewandten Seite
mit seitlichen Begrenzungen 28 versehen, die eine seitliche Führung und Halterung
bewirken.
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Eine Befestigungsschraube 29 wird anschließend durch das Langloch
27 und die Durchgangsbohrung im Halterahmen (bzw. Permanentmagneten) geführt und
in die Befestigungsbohrung 23 des jochschenkels 3 eingeschraubt. Zur Vermeidung
eines magnetischen Kurzschlusses besteht diese Befestigungsschraube aus einem nichtmagnetischen
Material. Das abgewinkelte Ende des Jochschenkels 3 bildet nunmehr den permanentmagnetischen
Jochpol 30 des Magnetsystemes und ist, ähnlich wie schon weiter oben beschrieben,
der elektromagnetische Jochpol 12, in einer Ausnehmung 18' des oberen Spulenkörperendes
aufgenommen.
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Durch die Kraftwirkung der weiter oben beschriebenen Druckfeder 21,
die zwischen Polschenkelunterseite und oberem Spulenkörperflansch angeordnet ist,
wird der Spulenkörper in Richtung Jochboden gedrückt.
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Dabei sind der Durchmesser der in der Ausnehmung 8 angeordneten Ankerachse
9 und die Tiefe dieser Ausnehmung so bemessen, daß der untere Spulenkörperflansch
selbst nicht am Jochboden zur Auflage gelangt, sondern die Ankerachse spielfrei
zwischen Spulenkörper und Jochboden geklemmt ist. Es ist dabei selbstverständlich,
daß die Kraftwirkung der Druckfeder wesentlich größer bemessen ist, als die magnetische
Kraftwirkung zwischen Ankeroberfläche und Jochpol.
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In weiterer Fortführung der Montage des Magnetsystemes wird der permanentmagnetische
Jochschenkel 3 soweit nach unten geschoben, bis der zur Erzielung der vorbestimmten
permanentmagnetischen Haltekraft erforderliche Arbeitsluftspalt "1" zwischen Polschenkel
30 und Ankeroberfläche 31 erreicht ist.
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Dabei kann dieser Abstand mittels einer in den Luftspalt eingeschobenen
Lehre eingestellt werden, oder bei hochpräzisen Magnetsystemen kann zwecks Ausgleich
von Fertigungsstreuungen der Magnetkraft die Haltekraft mittels einer Meßeinrichtung
ermittelt und beim Erreichen der vorgegebenen Kraftwirkung wird die Befestigungsschraube
29 fest angezogen und somit werden alle Teile fest miteinander verbunden.
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Die Befestigungsschraube wird durch geeignete Mittel (Sicherungsscheibe,
Lack o.ä.) gegen Lösen gesichert.
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Der Anker des Magnetsystemes ist an seinem oberen Ende 32 mit Kunststoffmaterial
umspritzt und mit dem Kraftabgriff 33 versehen. Die seitlichen Flächen 34', 34"
bilden die Anschlagflächen des Magnetankers an die Polflächen 35', 35" der Polschenkel
12, 30. Durch das nichtmagnetische Kunststoffmaterial wird einerseits eine Anschlagdämpfung
erzielt und andererseits ein unerwünschtes magnetisches Kleben des Ankers an dem
jeweiligen Polstück verhindert.
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Die Kunststoffumspritzung 36 des Ankers ist in Querrichtung verbreitert
ausgeführt und bildet Flächen 37', 37" die im oberen Ende des Spulenkörperhalses
38 mit geringem Spiel angeordnet sind und eine seitliche Führung des Ankers durch
Anlage an der Spulenkörperhalsinnenfläche bewirken. Zur Vermeidung bzw. Verminderung
der hierbei gegebenenfalls auftretenden Reibungskräfte sind diese Flächen 37', 37"
zweckmäßigerweise gewölbt ausgebildet.
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Der Spulenkörperhals 38 ist an seinen Außenflächen mit Rasteinrichtungen
39 versehen, mittels derer eine hier nicht näher dargestellte Staubschutzkappe aufrastbar
ist. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn wie in Fig. 4 ersichtlich, die Polschenkel
12, 30 und der Spulenkörperhals 38 schmaler als die übrigen Abmessungen des Spulenkörpers
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des Magnetsystems ausgeführt sind, damit die aufrastbare Staubschutzkappe
die Außenabmessungen des Magnetsystemes nicht überragt und somit kein vergrößerter
Einbauraum benötigt wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß nunmehr ein polarisiertes Magnetsystem geschaffen wurde, bei dem das bislang
erforderliche Verkleben der Einzelteile des Magnetsystemes entfällt. Dadurch wird
eine äußerst wirtschaftliche Serienfertigung ermöglicht, sowie gleichzeitig eine
Justiermöglichkeit der permanentmagnetischen Haltekraft geschaffen.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich zwar
auf ein monostabiles polarisiertes Magnetsystem, es ist jedoch ohne weiteres möglich
und im Bereich der Erfindung liegend, den linken Polschenkel ebenfalls mit einem
Permanentmagneten wie auf der rechten Seite des beschriebenen Magnetsystemes zu
versehen, so daß dann ein bistabiles polarisiertes Magnetsystem geschaffen wird.
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Alle Merkmale, die in der vorstehenden Beschreibung erwähnt und/ oder
in der Zeichnung dargestellt sind, sollen, sofern der bekannte Stand der Technik
dies zuläßt, für sich allein oder in beliebigen Kombinationen oder Teilkombinationen
als erfindungswesentlich angesehen werden, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht
enthalten sind.
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