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"Elektromagnet mit langem Hub"
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Die Erfindung betrifft einen Elektromagnet mit langem Ilub, bestehend
aus einer Mehrzahl von Einzel-Elektromagneten, die mittels einer gemeinsamen Schaltung
nacheinander erregbar und entregbar sind und auf einen gemeinsamen Anker einwirken.
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In der DE-AS 12 53 822 ist eine elektromagnetische Einstellvorrichtung
beschrieben mit einer Ausbildung gemäß der vorstehend beschriebenen Art. Der Elektromagnet
kann bei entsprechender Beaufschlagung der Spulen den Anker in eine ganz bestimmte
Stellung bringen und es ist auch möglich, den Anker den gesamten möglichen Hub durchlaufen
zu lassen. Ein Elektromagnet dieser Art besteht aus einer Vielzahl von Teilen, die
in einem gemeinsamen Gehäuse montiert sind, wobei abwechselnd Spulen und zwischen
den Spulen angeordnete Jochteile vorgesehen sind.
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In dem DE-GM 18 92 311 ist ein Gleichstromhubmagnet beschrieben, dessen
Anker von mehreren ineinandergesteckten Hülsen umgeben ist, die zunächst zusammen
mit dem Anker wirksam sind, dann aber zurückbleiben, so daß der Anker einen relativ
großen Hub ausführen kann.
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In der DE-OS 20 45 444 ist ferner ein Elektromagnet gezeigt, bei dem
der Anker ebenfalls mit einer Mehrzahl von Ankerteilen zusammenwirkt, um für den
Anker einen langen Hub zu erreichen und trotzdem zu vermeiden, daß zu Beginn der
Ankerbewegung der Luftspalt eine übermäßige Größe besitzt, die als magnetischer
Widerstand wirken würde.
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Bei Elektromagneten mit langem Hub und einer einzigen Spule besteht
das Problem, daß zu Beginn der Ankerbewegung ein großer Luftspalt besteht, der die
Zugkraft stark reduziert. Dieser Nachteil kann nur in engen Grenzen durch die Anwendung
konischer Anker o.ä.
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Bauformen vermieden werden.
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Werden größere Ankerwege verlangt, bleibt nur eine Bauweise mit einer
Mehrzahl von Spulen, d.h. einer Mehrzahl von Einzel-Elektromagneten mit einer entsprechenden
Schaltung, was aber zu einem komplizierten Aufbau des Elektromagneten führt.
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Dabei wäre es erwünscht, wenn der Hub eines Elektromagneten wesentlich
größer gehalten werden könnte, um einen Elektromagnet für Antriebe einzusetzen,
die für ihre Betätigung einen langen Weg benötigen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Elektromagneten mit langem
Hub der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend weiterzuverbessern, daß bei einer
möglichst über den ganzen Hub gleichförmigen Hubkraft auch langhubige Bauweisen
möglich sind, wobei der Aufbau des Elektromagneten möglichst einfach und übersichtlich
sein sollte.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Einzel-Elektromagnete
als Baueinheiten ausgebildet sind, die die Spule sowie mindestens Teile des Magnetflusses
umfassen und daß eine Mehrzahl dieser Baueinheiten entsprechend dem gewünschten
Maximalhub des Ankers aneinandergesetzt sind, wobei der durchschwingende Anker eine
relativ geringe Masse aufweist.
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Der Elektromagnet gemäß der Erfindung ist baukastenartig aufgebaut.
Jede Baueinheit stellt einen kompletten oder fast kompletten Einzel-Elektromagneten
dar. Die Baueinheiten können beispielsweise weitgehend völlig übereinstimmen. Lediglich
bei den Endmagneten oder einen der Endmagneten, ist eine sinngemäße Ausbildung vorzusehen,
die
beispielsweise eine Hubbegrenzung usw. ergibt.
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Durch die Erfindung wird es möglich, Elektromagnete praktisch beliebiger
Länge zu fertigen und zwar immer mit den gleichen Bauteilen. Auf diese Weise kann
leicht auf die jeweiligen Anwendungsfälle Rücksicht genommen werden b bei denen
beispielsweise Hübe bestimmter Länge gewünscht sind.
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Der Aufbau aus Baueinheiten erlaubt es beispielsweise auch, bei Reparaturen
einzelne Baueinheiten auszutauschen.
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Der erfindungsgemäße Elektromagnet kann auch benützt werden, um als
Einstellmagnet zu dienen bzw. kann durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen
Magnete ein bestimmter zeitlicher Bewegungsablauf bzw. programmierter Ablauf des
Ankers herbeigeführt werden, wobei auch Rütckwärtsbewegungen möglich sind.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Einzel-Elektromagnet
einen Mantelteil aufweist, der mit einem Jochteil an dem einen Ende der Spule verbunden
ist, während der andere Jochteil am anderen Ende der Spule von der benachbarten
Baueinheit gebildet ist. Bei dieser Baueinheit ist an sich der Einzel-Elektromagnet
nicht vollständig, da das eine Jochteil fehlt. Nach der Montage wirkt jedoch jedes
zwischen den Spulen angeordnete Jochteil für den Magnetfluß beider Spulen. Die Bauweise
wird hierdurch wesentlich vereinfacht.
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Die Mantelteile der Einzel-Elektromagneten weisen an beiden Enden
aneinander angepaßte Befestigungsmittel, insbesondere Abstufungen auf, die die benachbarten
Einzel-Elektromagnete miteinander verbinden.
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Ein gemeinsames Gestell zur Halterung aller Baueinheiten, ist somit
entbehrlich.
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Um eine ungestörte Beweglichkeit des Ankers sicherzustellen, empfiehlt
es sich, ein Ankerführungsrohr vorzusehen, das sich über alle Einzel-Elektromagnete
erstreckt.
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Bei einem Wechselstrommagnet sind die Jochteile vorzugsweise aus lamellierten
und geschlitzten Blechpaketen aufgebaut.
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Um zu vermeiden, daß bei der möglichen hohen Bewegungsenergie des
Ankers der Anker hart an der Ankerbegrenzung aufschlägt, wird vorgeschlagen, daß
die Schaltung die letzte Spule verzögert einschaltet.
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Günstig erweist es sich bei der erfindungsgemäßen Bauweise, daß die
Einschaltdauer der Spulen der Einzel-Elektromagnete relativ kurz ist, wodurch es
möglich wird, die Spulen mit entsprechend hoher elektrischer Leistung zu erregen.
Dabei ist es günstig, wenn die Schaltung beim Wechselstrombetrieb die Spulen beim
Nulldurchgang der Spannung einschaltet, um den hohen Einschwingstrom für eine besonders
große Anzugskraft auszunützen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Elektromagneten für Gleichstrombetrieb und
vlg. 2 eine Variante
der Erfindung für Wechselstrombetrieb.
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Die gezeigten Elektromagnete bestehen jeweils aus einer Vielzahl
gleichartiger Baueinheiten 1 und auch die eine Baueinheit 10, an der bei Erregung
der Ankerhub beginnt, besitzt die gleiche Ausbildung. Dagegen ist die Baueinheit
11, die der Anker 9 am Ende seines Hubes erreichen wird, geringfügig anders aufgebaut
bzw.
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ausgebildet, um sich der jeweiligen Hubbegrenzung 12 baulich anzupassen.
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Jede Baueinheit 1 besteht im wesentlichen aus der Spule 2 und dem
Mantelteil 3. Der Mantelteil 3 ist baulich verbunden mit dem Jochteil 4 bzw. 5.
Der Gleichstrommagnet gemäß Fig. 1 ist in Schubankerbauweise nach dem Sättigungsprinzip
ausgeführt. Die Einzel-Elektromagnete besitzen jedoch, abgesehen von der Baueinheit
11, keinen ausgebildeten Kern. Das Jochteil 4 erstreckt sich mit einem Fortsatz
bzw. rohrartigen Verlängerungen 13 in das Innere der Spule 2 bzw. des Spulenkörpers
14. Diese Verlängerung 13 dient der Führung des magnetischen Flusses und diese Verlängerung
13 kann, wenn gewünscht, beispielsweise auch konisch gestaltet sein, um die Hub-Magnetkraft-Kennlinie
des Elektro-Magneten zu beeinflusen.
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Die Jochteile 5 bei der Wechselstromausführung gemäß Fig. 2 sind,
wie an sich bekannt, als Blechpakete gestaltet. Die Blechpakete besitzen nicht näher
dargestellte radiale Schlitze, um Ringströme zu unterdrücken.
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Die einzelnen Spulen 2 sind mit den Anschlüssen 15 und 16 versehen,
die zu einer nicht näher dargestellten Schaltung führen. Diese Schaltung kann beispielsweise
elektromechanischer Art sein, besser jedoch elektronischer Art.
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Die Schaltung ist derart ausgebildet, daß sie in einer vorgegebenen
zeitlichen Folge die Magnete nacheinander erregt bzw. entregt, um den gewünschten
Durchlauf des Ankers 9 herbeizuführen.
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Der Anker 9, der bei der Wechselstromausführung gemäß Fig. 2 mit einem
teilweisen radialen Schlitz 17 zur Unterdrückung von Ring strömen ausgerüstet ist,
besitzt eine relativ, kleine Masse. Er wirkt beispielsweise auf eine Ankerstange,
die durch die Bohrung 18 in an sich bekannter Weise in den Ankerinnenraum 19 eingeführt
und mit dem Anker zusammenwirkt. Der Ankerraum 19 wird im wesentlichen von dem Ankerführungsrohr
7 umgeben, das aus einem unmagnetischen Material besteht.
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Zur Verbindung der Einzel-Elektromagneten, also der Baueinheiten 1
untereinander sind an den Enden der Mantelteile 3 jeweils einander angepaßte Abstufungen
6 vorgesehen, wobei die Verbindungen der einzelnen Mantelteile 3 beispielsweise
durch Preßsitze oder auch durch Lötung, Verstiftung usw. erfolgen kann. Zwischen
den Verlängerungen 13 und den Jochteilen 4 erstreckt sich beim Ausführungsbeispiel
nach der Fig. 1 jeweils eine Hülse 20 aus nicht magnetisierbarem Material, um einen
entsprechenden Kraftfluß sicherzustellen.
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Der Elektromagnet mit langem Hub gemäß Fig. 1 wird beispielsweise
in der in der Fig. 1 dargestell-en Stellung beaufschlagt und zwar durch Erregung
der Spule 21.
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Nach entsprechender Zeitspanne, die von der zu erwartenden Bewegungsgeschwindigkeit
des Ankers 9 abhängt, wird dann die Spule 22 beaufschlagt usw. Die Polung benachbarter
Spulen ist dabei jeweils umgekehrt, um den Magnetfluß im Jochteil zwischen den Spulen
sicherzustellen. Der Schubanker, durch dessen Ausbildung sich die gewünschte Kennlinie
ergibt, taucht als durchschwingender Anker mit relativ kleiner Masse durch die Jochteile
hindurch in den Wirkungsbereich des nächsten Magnetfeldes.
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Je nach dem Durchlauf des Ankers durch den Wirkungsbereich einer Spule,
werden dann die durchlaufenen Spulen nacheinander sinngemäß entregt. Die konische
Ausbildung des Vorderteils 24 des Ankers 9 sichert, daß der Anker jeweils weit genug
dem nächsten Einzelelektromagneten zugeführt wird, so -daß dieser wirksam werden
kann. Dies sichert eine kontinuierliche auf den Anker wirkende Magnetkraft.
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Selbstverständlich wird es sich ergeben, daß die Magnetkraft je nach
der Stellung des Ankers geringfügige Unterschiede aufweist. Dies ist huber ohne
weitere Bedeutung.
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Schließlich schlägt der Anker an dem Kern bzw. der Hubbegrenzung 12
auf, wobei der Ansatz 25 in den Vorderteil 24 des Ankers 9 eintaucht und den Anker
festhält.
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Durch sinngemäße Steuerung der Erregung der letzten Spule 8 und auch
durch die relativ kleine Masse des Ankers 9 läßt sich erreichen, daß die Aufschlagenergie
des Ankers nur mäßige Werte erreicht. Auch eine etwas längere Einschaltung der vorletzten
Spule 23 unterstützt dieses Ziel.
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Während die Spulen 21 bis 23 nur kurzzeitig beaufschlagt werden, wird
mittels der Spule 8 der Anker in seiner Endstellung gehalten, falls dies gewünscht
wird.
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Die Wirkungsweise des Elektromagneten gemäß Fig. 2 entspricht sinngemäß
der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 1. In der Hubbegrenzung
12 ist ein Kurzschlußring 26 bekannter Ausbildung vorgesehen.
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In der Regel wird die Schaltung der zu erwartenden Ankerbewegung angepaßt
sein. Es ist aber auch möglich, die Schaltung im Sinne einer Folgesteuerung von
der jeweiligen Ankerstellung abhängig zu machen, beispielsweise auch dadurch, daß
die Induktion einer Spule durch den sich nähernden Anker als Signal zur Spulenerregung
benützt wird.
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Von besonderem Vorteil ist bei der Erfindung, daß der Anker im Inneren
des Magneten, also im Ankerraum 19 beweglich ist, wodurch eine Verschmutzung der
Ankerlauffläche und damit Betriebsstörungen vermieden werden.
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Der Elektromagnet läßt sich auch leicht derart ausgestalten, daß eine
hohe Sicherheit gegen Fremdkörper und Feuchtigkeit erreicht wird, wodurch eine universelle
Anwendbarkeit erhalten wird.