DE3821796A1 - Drehanker-elektromagnet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehanker-Elektroma­ gneten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Ein aus der DE-OS 29 42 418 bekannter Elektromagnet dieser Art weist ein permanentmagnetisches Rotorsegment und ein Statorteil mit mindestens zwei polumschaltbaren Spulen auf. Zur Erzielung eines für die meisten Anwendungen brauchbaren Drehwinkels sind nach dem Ausführungsbeispiel dieses be­ kannten Elektromagneten offenbar jedoch mehr als nur zwei Spulen erforderlich. Ein Anwendungsgebiet bezieht sich beispielsweise auf den Antrieb eines Schlägers einer Ab­ legeeinrichtung für eine in Fleisch- und Wurstwaren-Ver­ kaufsstellen und Küchen verwendete Aufschnittmaschine.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Drehanker-Elektroma­ gneten der Aufwand von mehreren Spulen und die dafür erfor­ derliche Art der Steuerung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dreh­ anker-Elektromagneten zu schaffen, der mit einem geringen Aufwand herstellbar und auf einfache Weise steuerbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung mit einer einzigen Spule und dem Verzicht auf einen Permanentmagneten im Rotorsegment ermöglicht einen einfachen und preiswerten Aufbau. Ferner läßt sich die erforderliche Steuereinrichtung besonders einfach gestalten, da für eine Hin- und Herbewegung ledig­ lich eine Ein-Aus-Steuerung anstelle einer komplizierten Umschalt-Steuerung erforderlich ist. Beim Einschalten wird das Rotorsegment zu der ihm zugekehrten Polfläche hinge­ zogen und beim Anschalten durch die Wirkung der Rück­ stellkraft in eine Ruhestellung zurückgezogen. Die Rück­ stellkraft kann beispielsweise durch eine Feder oder auch durch die Schwerkraft aufgebracht werden.

Eine Ausführungsform nach Anspruch 2 gibt an, wie der magnetische Rückschluß ausgebildet sein kann, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, den magnetischen Rück­ schluß sowohl über eine weitere Polfläche als auch über die Lagerung des Rotorsegmentes im Statorteil zu bilden.

Eine bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 3 läßt dem Konstrukteur die Möglichkeit, die beiden Polflächen einander benachbart anzuordnen und das Rotorsegment mit einer durch­ gehenden Umfangsfläche zu versehen, die in der Betriebs­ stellung bei erregter Spule eine Brücke zwischen den beiden Polflächen bildet. Es ist aber auch möglich, die beiden Polflächen gemäß Anspruch 4 etwa diametral gegenüber­ liegend anzuordnen, jedoch so, daß die Spule auf einen Schenkel aufziehbar ist. Das Rotorsegment weist dann eben­ falls sich etwa diametral gegenüberliegende Gegenfläche auf.

Bei einer Ausführungsform nach Anspruch 5 ist eine de­ finierte Arbeitsstellung gewährleistet. Wird dabei eine Zugfeder oder beispielsweise ein Gummipuffer verwendet, dann ergibt sich ein weicher geräuscharmer und material­ schonender Anschlag.

Bei einer Ausführungsform nach Anspruch 6 weist der Stator­ teil unterschiedlich lange Schenkel auf, wobei der längere Schenkel zur Lagerung des Rotorsegmentes und als magneti­ scher Rückschluß dient. Der kurze Schenkel trägt die Spule und sein Ende ist als der Arbeitsstellung zugeordnete Pol­ fläche ausgebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 7 kann der verlängerte Schenkel beispielsweise die Lagerstelle des Rotorsegmentes u-förmig umgreifen, um die beiden Kugel­ lager zu tragen. Es ist aber auch möglich, die beiden Ku­ gellager an einer gabelförmigen Verlängerung des zuge­ ordneten Schenkels zu befestigen.

Eine Ausführungsform nach Anspruch 8 ist insbesondere bei großen Kräften erforderlich, um zu verhindern, daß sich die beiden Schenkel bei erregter Spule durch entsprechende Anziehung verbiegen.

Eine Ausführungsform nach Anspruch 9 dient zur Versteifung des längeren Schenkels in bezug auf den gegenüberliegenden Schenkel, um eine mögliche Verbiegung bei erregter Spule möglichst gering zu halten.

Durch eine Ausführungsform nach Anspruch 10 läßt sich die Drehmomentcharakteristik des Rotorsegmentes beeinflussen.

Eine Ausführungsform nach Anspruch 11 gestattet dem Kon­ strukteur, die Formgebung an die jeweilige Verwendung anzu­ passen, um auf zusätzliche Konstruktionsanteile verzichten zu können.

Bei einer Ausführungsform nach Anspruch 12 haftet das Rotorsegment in der Arbeitsstellung am Puffer, auch wenn der Erregerstrom reduziert wird, so daß Leistung einge­ spart werden kann und die Erwärmung der Erregerspule redu­ ziert wird.

Eine Ausführungsform nach Anspruch 13 ergibt eine Verein­ fachung der Montagearbeit beim Zusammensetzen des Drehan­ ker-Elektromagneten.

Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 14 gewährleistet eine besonders genaue Zentrierung und ermöglicht, den Luftspalt zwischen dem Statorteil und dem Rotorsegment äußerst klein zu halten. Dadurch kann das Drehmoment ge­ steigert werden.

Bei dem Betriebsverfahren nach Anspruch 15 erfolgt die Speisung der Spule wegabhängig, indem beispielsweise ein Fühler die Stellung des Rotorsegmentes abtastet. Es ist je­ doch auch möglich, den Erregerstrom der Spule zeitab­ hängig zu steuern.

Nach Anspruch 16 läßt sich der Drehanker-Elektromagnet in bezug auf das erforderliche Drehmoment und auf die Ge­ schwindigkeit in idealer Weise an die jeweils gestellte Aufgabe anpassen.

Nach Anspruch 17 läßt sich auch noch der Rücklauf des Rotorsegmentes auf elektrischem Weg beeinflussen.

Anspruch 18 gibt eine bevorzugte Verwendung des erfindungs­ gemäßen Drehanker-Elektromagneten an. Dabei entspricht die durch Einschalten des Magneten hervorgerufenen Bewegungs­ richtung des Rotorsegmentes in die Arbeitsstellung der Ab­ legerichtung des angetriebenen Schlägers. Der erfindungs­ gemäße Drehanker-Elektromagnet läßt sich jedoch mit Vor­ teil auch auf anderen Gebieten anwenden, beispielsweise zum Öffnen einer Schranke an der Ausfahrt von Parkhäusern. In einem solchen Fall kann die Rückstellung durch Schwerkraft erfolgen, so daß auf eine Rückholfeder verzichtet werden kann.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Drehanker-Elektromagneten in Frontalan­ sicht, teilweise im Schnitt I-I nach Fig. 2,

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt II-II nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine der Fig. 2 entgegengesetzt gerichtete Seitenansicht, jedoch ohne Spule und ohne Rotorsegment.

Die Fig. 1 zeigt ein mindestens annähernd u-förmiges Stator­ teil 10, auf dessen erstem Schenkel 12 eine Spule 14 ange­ ordnet ist, während der zweite Schenkel 16 zur Lagerung eines Rotorsegmentes 18 gegenüber dem ersten Schenkel 12 verlängert ist. Der erste Schenkel 12 ist im Querschnitt quadratisch, während der zweite Schenkel 16 zu seiner Ver­ steifung ein rechtwinklig zur Abtriebswelle 20 ausgedehntes Profil aufweist, dessen Querschnittsfläche derjenigen des ersten Schenkels 12 entspricht. Um die Querschnittsfläche des zweiten Schenkels 16 an diejenige des ersten Schenkels 12 anpassen zu können, weist der zweite Schenkel 16 eine rückseitige Vertiefung 22 auf. Das Statorteil 10 und das Rotorsegment 18 bestehen aus Gußeisen, vorzugsweise aus Sphäroguß.

Der erste Schenkel 12 weist eine dem Rotorsegment 18 zuge­ kehrte Polfläche 24 auf, welche dazu dient, das Rotorseg­ ment 18 bei erregter Spule 14 in die Arbeitsstellung 18′ zu ziehen. Ein elastischer Anschlag 26 begrenzt den Drehwinkel des Rotorsegmentes 18 in der Arbeitsstellung 18′. Zusätz­ lich oder ausschließlich kann zur Drehwinkelbegrenzung auch eine Begrenzungsfeder 28 dienen, die einerseits am zweiten Schenkel 16 in einem Langloch 30 und anderseits am Rotorsegment 18 angreift. Durch den Angriffspunkt im Lang­ loch 30 setzt die Wirkung der Feder 28 erst gegen Ende des Drehwinkels in Richtung Arbeitsstellung 18′ ein. Die Begren­ zungs- bzw. Dämpfungsfeder 28 kann auch so angeordnet werden, daß ihre Wirkung beim Rücklauf gegen Ende des Drehwinkels in die Ruhestellung einsetzt. Eine zwischen dem zweiten Schenkel 16 und dem Rotorsegment 18 gespannte Zug­ feder 32 dient zum Aufbringen der Rückstellkraft.

Der zweite Schenkel 16 weist eine dem Rotorsegment 18 zu­ gekehrte weitere Polfläche 34 auf, um den magnetischen Kreis über das Rotorsegment 18 in dessen Arbeitsstellung 18' zu schließen. Als weiterer Rückschluß dient eine Ver­ längerung 36 des ersten Schenkels 16, in welcher die Ab­ triebswelle 20 in zwei Kugellagern gelagert ist. Infolge der Schnittdarstellung der Fig. 1 ist nur das eine Kugel­ lager 38 sichtbar. Die Verlängerung 36 umgreift das Rotor­ segment 18 mittels eines Steges 40, von dem in der Fig. 1 die Schnittfläche dargestellt ist. Das das Kugellager 38 aufnehmende Ende 42 der Verlängerung 36 weist eine Abschrä­ gung 44 auf, um das Aufschieben der Spule 14 auf den ersten Schenkel 12 zu ermöglichen. Das Rotorsegment 18 ist z. B. mit­ tels eines Keiles 46 auf der Abtriebswelle 20 drehfest fixiert.

Das Rotorsegment 18 kann an seinem in Richtung Arbeitsstel­ lung 18′ vorlaufenden Ende einen keilförmig ausgebildeten Fortsatz 48 aufweisen, der den magnetischen Kreis vom Ro­ torsegment 18 über die Polfläche 24 des ersten Schenkels 12 bereits in der Ruhestellung des Rotorsegmentes 18 min­ destens teilweise schließt, um ein gewünschtes Ansteigen des Drehmomentes aus der Ruhestellung heraus zu erzielen.

Als Angriffspunkte der Zugfedern 28 und 32 am Rotorsegment 18 dienen im Rotorsegment verankerte Zapfen 50 und 52.

Obwohl die Polflächen 24 und 34 in der dargestellten Aus­ führungsform einander benachbart angeordnet sind, ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der sich die beiden Pol­ flächen diametral gegenüberliegen. Das Rotorsegment muß in einem solchen Fall derart ausgebildet sein, daß es den magnetischen Kreis zwischen den beiden Polflächen in seiner Arbeitsstellung schließt.

Die beiden Schenkel 12 und 16 können an ihren Enden 12′ und 42 durch einen nichtmagnetischen Werkstoff mittels einer Verbindung 54 gegeneinander abgestützt sein, um zu verhin­ dern, daß sie durch die Einwirkung der magnetischen Kraft zusammengezogen werden.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, wie das zweite Kugellager 38′ in einem das Rotorsegment 18 umgreifenden Abschnitt 56 als Verlängerung des zweiten Schenkels 16 angeordnet ist. Der Abschnitt 56 ist über den Steg 40 mit der Verlängerung 36 des zweiten Schenkels 16 verbunden.

Die elektrische Ansteuerung der Spule 14 erfolgt durch eine Steuervorrichtung 58 über Verbindungsleitungen 60. Zum Er­ fassen der Stellung des Rotorsegmentes 18 kann die Steuer­ vorrichtung 58 über eine weitere Verbindungsleitung 62 mit einem Fühler 64 verbunden sein, der beispielsweise den Weg oder auch nur die Endstellung des Rotorsegmentes 18 ab­ tastet.

Die Fig. 3 zeigt das Statorteil ohne Spule und ohne Rotor­ segment gegenüber der Fig. 2 aus der Gegenrichtung. Aus dieser Figur sind insbesondere die rückseitige Vertiefung 22 sowie die Anordnung des Abschnittes 56 in Verbindung zum Steg 40 und der Verlängerung 36 ersichtlich. Insbesondere ist aus der Fig. 3 ersichtlich, daß ein solches Teil vor­ zugsweise als einstückiges Gußteil hergestellt wird.

Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel läßt erkennen, daß ein solcher Drehanker-Elektromagnet mit einer einzigen Spule einen unkomplizierten, leicht zu re­ alisierenden Aufbau aufweist. Die Größe eines solchen Drehanker-Elektromagneten läßt sich leicht an das benö­ tigte Drehmoment anpassen. Ferner ist ein solcher Drehan­ ker-Elektromagnet robust im Aufbau, so daß ein störungs­ freier Betrieb über einen langen Zeitraum zu erwarten ist.

Claims (18)

1. Drehanker-Elektromagnet, mit einem zwischen zwei Stellungen drehbar gelagerten Rotorsegment (18) und einem dem Rotorsegment mindestens eine zugekehrte Polfläche (24) aufweisenden Statorteil (10), dadurch gekennzeichnet, daß das Statorteil (10) eine einzige Spule (14) aufweist und mit dem aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden Rotorsegment (18) über einen magnetischen Rückschluß (16, 36) in ständiger Verbindung steht und daß das Rotorsegment (18) bei Erregung der Spule (14) von einer Ruhestellung gegen die Wirkung einer Rückstellkraft (32) in eine der Polfläche (24) gegenüberliegende Arbeitsstellung (18′) dreh­ bar ist.

2. Drehanker-Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der magnetische Rückschluß über eine weitere Polfläche (34) zwischen Statorteil (10) und Rotor­ segment (18) und/oder über die Lagerung (36, 42, 38, 20) des Rotorsegmentes (18) im Statorteil gebildet ist.

3. Drehanker-Elektromagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsstellung (18′) derart fest­ gelegt ist, daß das Rotorsegment (18) dabei eine Brücke zwischen den beiden Polflächen (24, 34) bildet.

4. Drehanker-Elektromagnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Polflächen des Stator­ teils mindestens annähernd diametral gegenüberliegen.

5. Drehanker-Elektromagnet nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel in Richtung Arbeitsstellung (18′) durch einen Anschlag in Form von mindestens einer zwischen dem Statorteil (10) und dem Rotorsegment (18) gespannten Zugfeder (28) und/oder min­ destens einem Puffer (26) begrenzt ist.

6. Drehanker-Elektromagnet nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorteil (10) mindestens annähernd u-förmig ist, wobei auf dem einen Schenkel (12) die Spule (14) angeordnet ist, während der andere Schenkel (16) zur Lagerung des Rotorsegments (18) gegenüber dem einen Schenkel (12) verlängert (36) ist.

7. Drehanker-Elektromagnet nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rotorsegment (18) drehfest mit einer Abtriebswelle (20) verbunden ist, die auf beiden Seiten des Rotorsegmentes (18) in je einem Wälzlager (38, 38′) oder einer gesinterten, eisenhaltigen Lagerbüchse gelagert ist.

8. Drehanker-Elektromagnet nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß beide Schenkel (12, 16) an ihren freien Enden (12′, 42) mittels eines nichtmagnetischen Werkstoffes (54) gegeneinander abgestützt sind.

9. Drehanker-Elektromagnet nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der der Lagerstelle (38) zugeordnete Schenkel (16) zu seiner Versteifung ein ausgedehntes Profil (22) aufweist, dessen Querschnitts­ fläche derjenigen des spulentragenden Schenkels (12) ent­ spricht.

10. Drehanker-Elektromagnet nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorsegment (18) an seinem in Richtung Arbeitsstellung (18′) vorlaufen­ den Ende einen keilförmig ausgebildeten Fortsatz (48) auf­ weist.

11. Drehanker-Elektromagnet nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagne­ tischen Teile des Statorteils (10) und/oder des Rotorseg­ mentes (18) aus Gußeisen, vorzugsweise aus Sphäroguß bestehen.

12. Drehanker-Elektromagnet nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (26) aus einem mit dem einen Schenkel (12) verbundenen magnetischen Werk­ stoff besteht.

13. Drehanker-Elektromagnet nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetischen Teile des Sta­ torteils (10) und des Rotorsegments (18) je einstückig ausgeführt sind.

14. Verfahren zur Herstellung des Drehanker-Elektroma­ gneten nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Polflächen (24, 34) und zur Aufnahme der Lager (38, 38′) dienende Lagerstellen in einer einzigen Aufspannung bearbeitet werden.

15. Verfahren zum Betrieb des Drehanker-Elektromagneten nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom der Spule (14) bezogen auf das Rotor­ segment (18) wegabhängig gesteuert wird.

16. Verfahren zum Betrieb des Drehanker-Elektromagneten nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (14) mit gepultem Gleichstrom mit unter­ schiedlichen Tastverhältnis erregt und entregt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf des Rotorsegmentes (18) in die Ruhestel­ lung durch Impulse gedämpft wird.

18. Verwendung des Drehanker-Elektromagneten nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Betätigung eines schwenkbaren Schlägers einer Ablegeeinrichtung für eine Aufschnittma­ schine.