DE3520488A1 - Wechselstrom-elektromagnet - Google Patents

Description

Anmelder: H. Kuhnke GmbH KG,

Marktstraße, 2427 Malente

Wechselstrom-Elektromagnet

Die Erfindung betrifft einen Wechselstrom-Elektromagneten, im wesentlichen bestehend aus dem elektromagnetischen Kreis mit der Spule, dem Joch und dem geführt axial verstellbaren Tauchanker, der mittels eines federbelasteten, auf einer ortsfesten Kegelfläche gleitend und spielfrei gegen den Anker geführten Druckelementes gegen radiale Schwingungen festgelegt ist.

Bei solchen mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten neigt der Tauchanker zum Schwingen, was sich durch ein Geräusch bzw. Brummen bemerkbar macht. Eine der möglichen Maßnahmen gegen das Brummen ist das Einbringen eines Kurzschlußringes in den Kern. Dieser Ring soll für eine entsprechende Phasenverschiebung sorgen und somit von vornherein das Schwingen des Ankers ausschließen. Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, daß trotz dieser Maßnahmen eine absolute Brummfreiheit höchstens dann erreichbar ist, wenn die Fertigung und Montage der betreffenden Teile mit einem Höchstmaß an Präzision erfolgen.

Das Brummen und auch die Geräuschentwicklung bei der axialen Verstellbewegung des Ankers können allerdings auch auf mechanischem Wege zumindest weitgehend unterdrückt werden. Beispielsweise können kleine Blattfedern an einer Ankerseite angebracht werden, die den Anker dann auf der gegenüberliegenden Seite ständig gegen die Ankerführung drücken. Gleiches wird erreicht, wenn man den Anker längs aufteilt und die beiden Ankerhälften mit Federn gegen die Wandung der Führung drücken läßt. Man kann auch die letzte Windung einer konischen Ankerrückstellfeder exzentrisch verlaufen lassen, um auf diese Weise den Anker seitlich gegen die Führung zu drücken und möglichst am Schwingen zu hindern.

Diese Lösungen haben aber den Nachteil, daß der Anker nur gegen Teilbereiche der Führung gedrückt wird, was dort zu einer Materialabnutzung führt. Außerdem wird der Anker verkantet und kann sich nicht mehr genau in Richtung seiner Längsachse bewegen. Dies gilt auch für Elektromagnete, bei denen als seitliches Andrückmittel ein kegeliger Körper nach Art eines Keiles dient (DE-PS 12 49 995), der mittels einer exzentrisch zur Kegelachse liegenden Längsbohrung verschiebbar auf dem Tauchanker angeordnet ist, wobei der Kegelkörper in Achsrichtung federnd abgestützt wird.

Um ein starkes Aufschlagen des Ankers auf den Kern und gleich-

zeitig die sonst hierbei auftretenden Geräusche zu dämpfen, können beispielsweise auch die Polflächen mit einer elastischen, unmagnetischen Auflage versehen werden (DE-GM 68 07 087 und 19 80 806), die im allgemeinen als O-Ring ausgebildet wird. Dies wird zwar im allgemeinen zu einer Dämpfung von Schlaggeräuschen, nicht aber zu einer Beseitigung von Brummgeräuschen führen. Das trifft auch auf Magnetventile zu, bei denen der Ventilsitz durch einen elastischen Dichtring gebildet wird (DE-OSen 16 00 717, 19 08 136 und 21 61 605).

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Elektromagneten, bei dem die Brummgeräusche auf besonders einfache Weise beseitigt sind, wobei trotz der zu diesem Zweck erforderlichen Mittel eine exakte axiale Führung des Ankers ohne wesentliche Reibungsverluste gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs erwähnten Wechselstrom-Elektromagneten erfindungsgemäß so gelöst, daß das Druckelement als ein in seinem Umfang elastisch verformbarer, den Tauchanker konzentrisch umgebender Führungsring ausgebildet ist, der auf einer Seite mit einer kegelig eingezogenen Fläche an der vorerwähnten Kegelfläche liegt und auf dessen andere Seite eine Feder einwirkt.

Da der Führungsring den Tauchanker ständig und konzentrisch umgibt, wird der Anker während seiner gesamten Verstellbewegung genau und unverkantet geführt, wodurch unter anderem radial gerichtete Ankerschwingungen vermieden werden und eine verhältnismäßig geringe Reibung zwischen dem Anker einerseits und den ihn führenden Teilen andererseits erreicht wird, zumal bei genauer Fertigung auch die Möglichkeit gegeben ist, daß der Anker nur durch den Innenumfang des Führungsringes geführt wird und das sonst den Anker eigentlich führende Rohr keine Führungsfunktion zu übernehmen braucht. Jedenfalls hat dann der Anker einen gewissen Abstand zu diesem Rohr, so daß er auch nicht bei Radialbewegungen gegen solche Führungen schlagen kann.

Der Führungsring soll hinsichtlich seines Materials und seiner Formgebung so ausgelegt sein, daß er mit seinem Innenumfang spielfrei einen im Prinzip gleichbleibenden Druck auf den zylindrischen Umfang des Tauchankers ausüben wird, wobei die Reibungskräfte vernachlässigbar klein sein sollen. Weichelastischer Gummi oder Kunststoff werden deshalb im allgemeinen nicht für den Führungsring in Betracht kommen. Geeignet erscheinen dagegen elastische, aber dennoch relativ harte Kunststoffe mit niedrigem Reibungskoeffizienten.

Um trotz eines solchen entsprechend starren Materials für eine ausreichende Elastizität des Führungsringes in Radialrichtung und in Bezug auf ein sicheres Umfassen des Ankers zu sorgen, kann der Führungsring aufgeschlitzt sein, so daß durch den Schlitz ausreichend Freiraum für eine Durchmesserreduzierung zur Verfügung steht.

Im übrigen kann der Führungsring auch mehrfach geschlitzt bzw. unterbrochen sein, so daß er aus einzelnen und nicht oder nur durch elastische Stege verbundenen Segmenten besteht. Weiterhin kann zu gleichem Zweck der Querschnitt des Führungsringes in Teilbereichen durch Ausnehmungen reduziert werden.

Die Einstellung der radial auf den Ankerumfang wirkenden Kraft wird durch entsprechende Abstimmung der zusammenarbeitenden Kegelflächen und durch die fest vorgegebene Kraft der axial auf den Führungsring wirkenden Feder erreicht, wobei es hierbei nur darauf ankommen wird, daß der Anker spielfrei und ohne wesentliche Reibung durch den Führungsring laufen kann.

In der anliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die anschließend näher beschrieben werden. Es zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Elektromagneten

nach der Erfindung,
Figur 2 einen Längsschnitt durch ein Ventil mit einem erfindungsgemäßen Elektromagneten, Figur 3 eine Aufsicht auf einem Führungsring und Figur 4 einen Schnitt durch den Führungsring nach Figur

3 gemäß der Schnittlinie IV-IV.

Elektromagnete bzw. Magnetventile der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Art sind in ihrem Aufbau und in ihrer Funktion weitgehend bekannt, so daß nachfolgend nur auf die wesentlichen Teile dieser Ausführungsformen eingegangen werden soll und aus Gründen der Vereinfachung für gleiche oder gleichwirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Der elektromagnetische Kreis des Magneten nach Figur 1 besteht aus dem Joch 1, dem Kern 2, dem Tauchanker 3 aus jeweils magnetischem Material und der Spule 4, die auf den Spulenträger 5 aus Kunststoff gewickelt ist. Dieser Spulenträger bildet mit seinem hohlzylindrischen Innenraum gleichzeitig zum einen eine Aufnahme für den Kern 2 und zum anderen eine axiale Führung für den Aker 3, an dem eine Stellstange 3a sitzt, die durch eine Längsbohrung des Kerns verläuft. In diesem Zusammenhang wird ausdrücklich darauf hin-

gewiesen, daß der Innenraum des Spulenträgers 5 im Prinzip keine Führungsfunktion übernehmen muß, da diese Funktion von dem Führungsring 7 übernommen werden kann.

An den freien Enden der Stellstange 5 und des Ankers 3 können in bekannter Weise Bauelemente angeschlossen werden, die durch Verfahren des Ankers in seine beiden möglichen Endstellungen betätigt oder verstellt werden. Um zwei Bewegungsrichtungen des Ankers 3 auf elektromagnetischem Wege zu erreichen, wird die Spule 4 beispielsweise aus zwei gegensinnig gewickelten Lagen bestehen, die gesondert und je nach gewünschter Verstellbewegung des Ankers abwechselnd mit Strom versorgt werden können.

Am ankerseitigen Ende hat das Joch 1 eine kegelstumpfartige Fläche la, gegen die eine im entsprechenden Winkel von beispielsweise 45° zur Längsachse 6 kegelig eingezogene Fläche 7a des Führungsringes 7 anliegt, auf den von außen bzw. nach der Darstellung von unten eine Feder 8 in Form einer am Joch 1 befestigten Ringscheibe bzw. Tellerfeder drückt.

Je nach vorbestimmbarer elastischer Verformung und Druckkraft der Feder 8 wird diese mehr oder weniger stark axial auf den den Anker 3 konzentrisch umfassenden Führungsring 7 drücken, so daß dieser stets die Tendenz haben wird, mit

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seiner Kegelfläche 7a bei entsprechend freiem Spielraum auf der gegenüberliegenden Kegelfläche la abzugleiten, und zwar mit einer gleichzeitig axialen und radialen Bewegungskomponente. Die Gleitbewegung ist jeweils beendet, sobald der Innenumfang des Führungsringes 7 gegen den gegenüberliegenden Außenumfang des Ankers 3 zur Anlage gekommen ist.

Der Winkel 0\ der Anlagefläche 7a im Verhältnis zur Längsachse 6 ist in der Figur 4 mit 45°. angegeben worden. Das wird auch bei entsprechender Auslegung der Feder 8 und des Materials des Führungsringes 7 ein bevorzugter praktikabler Wert sein, wenn auch die Grenzen dieses Winkels in der Größenordnung von etwa 40° ^. Q^ <C 50° liegen können. Jedenfalls darf der Winkel nicht zu klein sein, da sonst der Führungsring den Anker 3 zu stark verkeilen könnte, während bei einem übermäßig großen Winkel O^ die Gefahr bestehen wird, daß ein zu radialen Schwingungen neigender Anker keinen entsprechenden Widerstand finden und tatsächlich zum Schwingen koittmen wird.

Der elektromagnetische Kreis des in Figur 2 gezeigten Magnet ventils besteht wie beim vorher beschriebenen Beispiel aus dem Joch 1, dem Kern 2 und dem Anker 3 sowie der Spule 4 auf dem Spulenträger 5. Im Sockel 9 des Ventils sind die Anschlüsse A und P und im Kern 2 der Anschluß R vorgesehen.

In an sich bekannter Weise verbindet der Anker 3 je nach seiner Stellung wahlweise die betreffenden Anschlüsse.

Von Bedeutung im Zusammenhang mit der Erfindung ist hier nur die Tatsache, daß der Anker 3 mittels einer kegeligen Wendelfeder 10 in der dargestellten Position gehalten wird und daß die Feder gleichzeitig als notwendiges Druckelement für den Führungsring 7 dient, so daß in diesem Fall keine gesonderte Feder vorgesehen werden, muß und die Feder 10 zwei Funktionen übernimmt. Im übrigen gilt hinsichtlich der Ausbildung und Funktion der Feder und der zusammenwirkenden Kegelflächen das, was vorher im Zusammenhang mit dem Beispiel nach Figur 1 beschrieben wurde.

Die Figur 3 zeigt, daß der Führungsring mit einem Schlitz 7b und am Außenumfang mit Ausnehmungen bzw. Kerben 7c versehen ist, um durch entsprechende Querschnittsreduzierung ein elastisches Umschließen des Ankers mit relativ geringer Radialkraft zu ermöglichen. Wie bereits erwähnt wurde, kann der Führungsring 7 auch aus mehreren gesonderten Ringelementen aufgebaut sein. Insofern kann man sich vorstellen, daß beispielsweise die oben in Figur 3 zu sehende Einkerbung 7c durch einen Schlitz 7b ersetzt wird, wie es auch gestrichelt in dieser Figur angedeutet ist.

Im übrigen besteht auch noch die Möglichkeit, daß die den Führungsring bildenden Segmente durch dünne und folienartige Uberbrückungen verbunden werden, so daß trotz des segmentartigen Aufbaus des Führungsringes eine relativ leichte Handhabung bei der Montage gewährleistet ist. Schließlich kann der Führungsring auch an seinem Innenumfang mit Ausnehmungen versehen sein, so daß er nur mit Teilstrecken seines Innenumfanges gegen den Anker anliegen wird.

Claims (7)

Patentanwälte Dr, Hugo Wilcken : ■. _ " '.[ Dipl.-lng, Thomas Wilckert ' ..'"*... oron/no Musterbahn 1 · -MOO Lübeck 1 J O Z U 4 O Anmelder: H. Kuhnke GmbH KG, Marktstraße, 2427 Malente Ansprüche

1. Wechselstrom-Elektromagnet, im wesentlichen bestehend aus dem elektromagnetischen Kreis mit der Spule, dem Joch und dem geführt axial verstellbaren Tauchanker, der mittels eines federbelasteten, auf einer ortsfesten Kegelfläche gleitend und spielfrei gegen den Anker geführten Druckelementes gegen radiale Schwingungen festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckelement als ein in seinem Umfang elastisch verformbarer, den Tauchanker (3) konzentrisch umgebender Führungsring (7) ausgebildet ist, der auf einer Seite mit einer kegelig eingezogenen Fläche (7a) an der vorerwähnten Kegelfläche (la) liegt und auf dessen andere Seite eine Feder (8, 10) einwirkt.

2. Wechselstrom-Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (7) zumindest an einer Stelle einen radialen Schlitz (7b) aufweist.

3. Wechselstrom-Elektromagnet nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (7) a*is Ringsegmenten aufgebaut ist.

4. Wechselstrom-Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Führungsringes (7) in Teilbereichen durch Ausnehmungen (7c) reduziert ist.

5. Wechselstrom-Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelfläche (7a) des Führungsringes (7) einen Winkel C\ zur Kegelachse (6) geneigt ist, der in der Größenordnung von 40° <^ D^ ^. 50°, vorzugsweise bei 45°, liegt.

6. Wechselstrom-Elektromagnet nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) als ringförmige Tellerfeder ausgebildet ist.

7. Wechselstrom-Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Tauchanker durch eine Rückstellfeder in der einen möglichen Endstellung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (10) gleichzeitig als die auf den Führungsring (7) einwirkende Feder dient.