Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetspuleneinheit
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise
aus FR-A-23 47 765 bekannt ist.
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Magnetspulenschalteinrichtungen werden in großem Umfang zum
Verbinden von Starkstromversorgungen mit einer Last in
Abhängigkeit von einem relativ niedrigen Steuerstrom
verwendet. Die Erwerberin der vorliegenden Erfindung hat
gewerblich erfolgreiche Magnetspulenschalteinrichtungen zum
Gebrauch bei verschiedenen Anwendungen gebaut, im allgemeinen
für niedrigere Nennstromstärken, wie etwa
Kraftfahrzeuganlasser, Rasentraktoren und andere ähnliche Anwendungen.
Äußerst erfolgreiche Konstruktionen sind aus dem US-Patent
4 521 758, erteilt am 4. Juni 1985, und dem US-Patent
5 021 760, erteilt am 4. Juni 1991, ersichtlich. Sowohl das
Patent '758 als auch das Patent '760 sind auf die gemeinsame
Erwerberin der vorliegenden Anmeldung übertragen worden. Die
Patente beschreiben relativ kompakte
Magnetspulenschalteinheiten, die mit verbesserter Kontakthalterung und -umhüllung
insbesondere in Umgebungen mit starken Schwingungen
betriebsfähig sind. Die nach diesen Patenten hergestellten
bekannten
Konstruktionen sind im allgemeinen auf
Strombelastungen in der Größenordnung von 100 A bei einer Spannung
von 6 und 12 V ausgerichtet. Die in den obengenannten
Patenten und in anderen Patenten beschriebenen Konstruktionen
können zwar auch für Anwendungen mit hohen Ampèrezahlen
geeignet sein; die Erfinder haben jedoch gewisse
Beschränkungen bei bisher beschriebenen bekannten Systemen
festgestellt, wenn diese bei höheren Ampère-Nennleistungen
angewendet werden. Beispielsweise fordern derzeit manche
Benutzer eine Spitzennennleistung von 300 A. Hohe Ströme
erfordern spezielle Überlegungen hinsichtlich der Isolierung,
um ein gutes Schließen und Öffnen von Kontakten und
zufriedenstellende Endverbinder zu erhalten. Außerdem sind
Kurzschlüsse der Hochstrom-Ausgangsanschlüsse kritischer als
herkömmliche Anwendungen mit niedriger Nennleistung. Die
Erfordernisse hinsichtlich Anbringung und Größe sind jedoch im
allgemeinen derart, daß eine kompakte Einrichtung
erforderlich ist, die in verschiedenen Umgebungen arbeitet, die bei
Anwendungen von Magnetspulen mit für die Industrie
geeigneter Festigkeit angetroffen werden, einschließlich eines sehr
großen Temperaturbereichs von weit unter Null bis zu
Temperaturen, die sich den Siedetemperaturen nähern.
Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine
Magnetspulenkonstruktion mit einer für die Industrie geeigneten
Festigkeit, die eine verbesserte Anschlußkonstruktion und
verbesserte Isolierungseigenschaften hat für den Gebrauch in
verschiedenen industriellen Anwendungen oder Installationen
mit hoher Nennstromstärke und in einer kompakten
Konstruktion, die für die Anbringung auf eine Weise ausgebildet ist,
die derjenigen der vorhandenen Magnetspulenkonstruktionen
ähnlich ist. Insbesondere weist nach der vorliegenden
Erfindung die Magnetspulenkonstruktion ein äußeres Formgehäuse
auf, das Anschlußschäfte mit hoher Ampèrezahl mit einem
speziellen Anbringkopf hat, der in die Gehäusewand zwischen
einem äußeren Gewindeschaft und einem inneren Kontaktbereich
innerhalb des Formgehäuses eingeformt worden ist. Die
Einbettung des Kopfes ist derart, daß eine Antidreheigenschaft
gegenüber hoher Drehkraft gebildet und erzeugt wird, wodurch
eine hohe Drehkraft auf eine Klemmutter des Anschlußelements
aufgebracht werden kann. Das Gehäuse weist eine integrierte
Trennwand auf, die zwischen den Kontaktanschlußschäften nach
oben vorspringt, wobei die Wand über deren Höhe vorsteht, um
ein zufälliges Kurzschließen des Ausgangsstroms zu
vermeiden. Außerdem ist die Innenwandkonstruktion des Gehäuses
speziell gestaltet, um die Hochstrom-Kontaktanordnung
ordnungsgemäß in ihrer Lage in bezug auf die Kontaktschäfte für
einen festen Eingriff mit den inneren Enden der
Konstaktschäfte zu halten sowie um eine maximale innere Isolierung
herzustellen. Ferner weist die Kontaktanordnung eine
bewegliche Kontaktanordnung auf, die einen Messerkontakt
aufweist, der an einer bewegbaren Stange oder einem bewegbaren
Kolben angebracht ist, der mit einem bewegbaren Arm einer
Spulenanordnung gekoppelt ist, wie dies allgemein in den
obengekannten älteren Patenten beschrieben ist. Die
Ankerkonstruktion weist einen feststehenden magnetischen Stöpsel
auf, der an dem magnetischen Spulenrahmen befestigt ist,
wobei die Kontaktkolbenanordnung in einer zentralen Öffnung
gleitbar angebracht ist. Ein bewegbarer Anker ist innerhalb
einer Spuleneinheit angeordnet und bewegt sich in
Abhängigkeit von dem Betätigungsstrom, um die Kontaktanordnung in
eine geschlossene Position zu bewegen.
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Die Kontaktanordnung weist ferner bevorzugt eine
Trägerausfahreinrichtung von der Art auf, wie sie in den älteren
Patenten allgemein beschrieben ist. Bei der vorliegenden
Erfindung ist die Trägerausfahreinrichtung ein Element mit
einer Vielzahl von Teilen, das ein Ausfahrelement oder einen
Kolben hat, der durch ein feststehendes Polstück in der
Spulenanordnung geht. Der Kolben ist ein stangenähnliches
Element mit einem oberen Kopf- oder Flanschbereich, der eine
mit der Stange integrale Vergrößerung definiert. Die obere
Oberfläche des Flansches ist ausgespart, um eine
Federscheibe aufzunehmen, die zwischen der inneren oberen Wand
des Gehäuses und dem Kolben wirksam ist. Eine
Isolierdurchführung liegt an der Unterseite des Flansches mit einem
rohrförmigen Bereich an, der sich durch eine Kontaktplatte
hindurch nach unten erstreckt. Eine Sicherungsscheibe ist an
der Stange in beabstandeter Beziehung zum Ort der
Kontaktplatte und der Durchführung befestigt und stützt eine
Kolbenfeder ab, die sich nach oben in Eingriff mit einer
Isolierscheibe ausdehnt, die zwischen der Unterseite der
Kontaktplatte und der Feder angebracht ist. Die
Kolbenausfahreinrichtung ist in dem magnetischen Stöpsel gelagert und
erstreckt sich durch diesen hindurch in Eingriff mit dem Ende
des Ankers.
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Die Spulenanordnung ist im allgemeinen mit einem
Spulenkörperrahmen, einem zentralen Rohr und Endwänden ausgebildet,
wobei die Spule auf das Rohr zwischen den Endwänden
gewickelt ist. Die untere Endwand des Spulenkörpers ist mit
einem Zuleitungsansatz versehen. Er hat eine kleine
Zuleitungsöffnung, die mit dem äußeren Rand der Spule
ausgefluchtet ist, um den Spulenanschlußdraht aufzunehmen. Der Draht
erstreckt sich durch eine Nut in der Unterseite des
Zuleitungsansatzes hindurch nach außen. Jeder Spulenschaft ist
eine Bolzeneinheit mit kleinem Durchmesser, die einen
speziell geformten Kopf mit gezahnten Randflächen hat, oder
kann alternativ die Form eines Anschlußelements vom
Flachsteckertyp haben. Die Köpfe sind in dem Formgehäuseansatz
eingebettet, um die Schäfte fest in ihrer Lage zu befestigen
und die zuverlässige Anbringung der Schäfte in Kombination
mit einer zuverlässigen Abstützung der Leitungen, die daran
angelötet oder anderweitig daran befestigt sind,
sicherzustellen. Die Schäfte sind einsatzgehärtet und haben ein
Gewinde, um Klemmuttern, bevorzugt mit einem
selbstverriegelnden Flansch, aufzunehmen.
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Die obere Wand des Spulenkörpers hat Abstandselemente, die
davon nach oben vorspringen.
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Die Anordnung aus Spule und Spulenkörper ist in einem
umgekehrten magnetischen Becher angeordnet, dessen obere Wand an
einer Rippe innerhalb des Formgehäuses anliegt. Das untere
Ende des Gehäuses ist von einer Abdeckkonstruktion mit einem
Dichtungselement zwischen der Basis des Gehäuses und einer
unteren Abdeckung verschlossen. In manchen Fällen dringt
eine Spiralfeder die Spulenanordnung und den Becher
kontinuierlich nach oben in anliegenden Eingriff innerhalb des
Gehäuses, wie dies allgemein in den vorstehend genannten
Patenten des Erfinders beschrieben ist.
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Das Isoliergehäuse hat eine speziell konfigurierte
Kontaktkammer mit einer zentralen Öffnung zur Aufnahme einer
Kopffeder. Das äußere Ende des topfförmigen Gehäuses ist
vergrößert, um die Spulenanordnung einschließlich des magnetischen
Bechers aufzunehmen. Die Kontaktanordnung ist über dem
Becher innerhalb des vergrößerten Bereichs des Gehäuses
angeordnet. Die Gehäusewand ist mit speziellen
Führungselementen ausgebildet, die entlang der Tiefe der Kontaktkammer
nach innen vorspringen. Die Führungselemente sind allgemein
Y-förmige Elemente, deren innere Enden in geringfügig
beabstandeter Beziehung zu den Seitenrändern der Kontaktplatte
angeordnet sind. Die Y-förmigen Führungen erstrecken sich
von der äußeren Endwand und zwischen den Kontakten nach
innen.
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Die Außenseite des Gehäuses kann mit einem kleinen
Griffbereich im allgemeinen in Form einer kanalförmigen Ausbildung
versehen sein, die an einer Seite des Gehäuses befestigt
ist.
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Die Anordnung aus dem Kolben und dem feststehenden
magnetischen Stöpselelement und der Kontaktabstützkonstruktion ist
insbesondere für die Magnetspulen mit hoher
Ampere-Nennleistung ausgebildet. Die Kontaktanordnung stellt einen festen,
zuverlässigen Eingriff der Kontaktplatte mit den
schaftähnlichen Stromkontakten her, um den Schaltkreis dazwischen zu
vervollständigen. Die Kolbenanordnung ermöglicht einen
positiven und festen Eingriff der bewegbaren und feststehenden
Kontakte innerhalb des Gehäuses und hält diesen aufrecht.
Die runde Konstruktion des Gehäuses paßt die Einheit an jede
Form einer herkömmlichen Halterung einschließlich eines
umschließenden Gurts mit verlängerten Armen an, wobei die
äußeren Arme je nach der speziellen Anwendung der
Magnetspule flache oder gekrümmte Elemente sein können. Alternativ
kann das Gehäuse über eine Halterung, die an dem unteren
Ende des Gehäuses angebracht ist, vertikal angebracht sein.
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Die vorliegende Erfindung mit den speziellen eingebetteten
Kontakten und der vergrößerten isolierenden Wandkonstruktion
sowie der modifizierten Spulenverbindung und Kolbenanordnung
stellt eine besonders geeignete und praktische
Implementierung der bekannten Konstruktion für Anwendungen mit hoher
Ampèrezahl bereit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen eine bevorzugte
Konstruktion der vorliegenden Erfindung, wobei die obengenannten
Vorteile und Merkmale klar angegeben sind, wobei sich
weitere Vorteile und Merkmale aus der nachstehenden
Beschreibung der gezeigten Ausführungsform ohne weiteres ergeben.
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In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht einer Magnetspule, die nach der
Lehre der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
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Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte
Magnetspule;
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Fig. 3 einen vertikalen Schnitt allgemein entlang der Linie
3-3 von Fig. 2;
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Fig. 4 einen vertikalen Schnitt allgemein entlang der Linie
4-4 von Fig. 2;
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Fig. 5 eine Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie
5-5 von Fig. 3;
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Fig. 6 eine Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie
6-6 von Fig. 3; und
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Fig. 7 eine Explosionsansicht der in Fig. 4 gezeigten
Kolbenausfahr-Unteranordnung.
Beschreibung der gezeigten Ausführungsform
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In den Zeichnungen und insbesondere in den Fig. 1 bis 3 ist
eine Magnetspule 1 nach der Lehre der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Die Magnetspule 1 weist ein äußeres Gehäuse 2 auf,
das als ein allgemein zylindrisches Gehäuse gezeigt ist und
eine Basis oder einen Flansch 3 hat, der an einem offenen
Ende befestigt ist. Der Flansch 3 springt als ein allgemein
rechteckiger Ansatz nach außen vor. Das obere Ende des
Gehäuses 2 ist mit einer allgemein flachen oberen Wand 4 mit
einer mittig aufrechten nach außen sich erstreckenden
Trennwand 5 ausgebildet. Ein Paar von feststehenden
Stromanschlüssen 6 mit hoher Ampèrezahl ist an der
gegenüberliegenden Seitenwand 5 an der oberen Wand 4 befestigt. Jeder
Stromanschluß 6 ist ein Gewindeschaft, der so ausgebildet
ist, daß er eine hohe Drehkraft aufbringende Klemmuttern
und/oder Sicherungsscheiben 7 aufnimmt und einen festen
Eingriff einer Stromleitung 8 mit dem Anschlußelement
herstellt. Die die Magnetspule aktivierenden Anschlußelemente 6
sind an dem Bodenwandflansch 3 befestigt. Die
Anschlußelemente 6 sind Gewindeschaftelemente zur Aufnahme von
ankommenden Niederspannungs-Betriebsleitungen 8a.
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Das topfförmige Magnetspulengehäuse 12 ist mit einem offenen
Boden an dem Flansch 3 ausgebildet. Eine Metall- oder
Kunststoff-Bodenabdeckung 9, die im wesentlichen wie der
Gehäuseboden geformt ist und den Anschlußflansch 3 aufweist, ist
durch Festlegeniete 10 an dem Gehäuse 2 befestigt. Ein
geeignetes Dichtungselement 11 ist zwischen der Bodenabdeckung
9 und dem Gehäuseboden angeordnet, um eine
feuchtigkeitshemmende Konstruktion zu bilden.
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Eine herkömmliche Halterungsanordnung 11a ist um das Gehäuse
2 herum befestigt, um die Magnetspule 1 auf herkömmliche
Weise in einer horizontalen Orientierung anzubringen.
Alternativ kann eine Anbringplatte an dem unteren Ende der
Magnetspule 1 für die vertikale Anbringung befestigt sein,
wie in dem US-Patent 5 021 760 gezeigt ist.
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Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, ist das Magnetspulengehäuse 2
im allgemeinen mit einer abgestuften Innenausbildung
ausgebildet, wobei eine Kontaktkammer 12 in dem geschlossenen
Ende des Gehäuses und eine Anker- und Spulenanordnungskammer
13 in dem äußeren oder offenen Ende des Gehäuses ausgebildet
ist. Eine ringförmige Spulen- und Ankeranordnung 14 ist in
der Anker- und Spulenanordnungskammer 13 untergebracht und
weist einen Anker 15 auf, der sich in Axialrichtung des
Gehäuses bewegt. Eine Kontakt- und Ausfahranordnung 16 ist in
der Kammer 12 angeordnet und mit dem Anker 15 gekoppelt,
wobei ein bewegliches Kontaktelement 17 in der Kontaktkammer
angeordnet ist. Die Ausfahranordnung 16 weist eine
Kopplungsstange 18 auf, die vorgespannt ist, um mit dem Anker 15
in Eingriff zu sein und den Anker elastisch zu dem Verschluß
oder der Bodenabdeckung 9 hin zu drücken. Das Kontaktelement
17 ist ein plattenähnliches Element, das das Paar von
feststehenden Stromanschlußkontakten 6 überbrückt. Die
freiliegenden inneren Enden der Anschlußelemente 6 sind massive
leitfähige Enden, die von der oberen Wand nach innen
beabstandet sind, für den selektiven Eingriff durch
Axialbewegung des Kontaktelements 17 in Abhängigkeit von der Erregung
der Spulenanordnung 14. Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere die Konstruktion der Kontaktausfahranordnung
16, die Bereitstellung eines verbesserten Gehäuses 2 und die
Abstützung der Stromanschlüsse 6 bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung
einer kompakten, zuverlässigen
Magnetspuleneinheit zum Gebrauch bei Anwendungen mit hoher Ampèrezahl.
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Insbesondere ist das Gehäuse 2 ein Kunststofformgehäuse mit
Stromanschlüssen und den Eingangs- oder Arbeitsanschlüssen
19, um die Spulenankeranordnung in ihrer Lage als einem
integrierten Teil des Gehäuses zu erregen.
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Wie insbesondere die Fig. 3 und 4 zeigen, ist das obere Ende
des Gehäuses 2 mit einer integralen oberen Wand 20
ausgebildet, wobei die Stromanschlüsse 6 als Kopf-Bolzenelemente
ausgebildet sind, die einen Kopf 21 und einen Gewindeschaft
22 haben, der sich von der oberen Wand nach außen erstreckt.
Der Kopf 21 des Bolzenelements ist als ein massiver Körper
ausgebildet, der einen Durchmesser hat, der signifikant
größer als der des freiliegenden Gewindeschafts 22 ist. Der
Kopf 21 erstreckt sich durch die obere Wand 20 hindurch,
wobei ein inneres Kontaktelement, ein dazwischen liegender
Anbring- und Verriegelungsanbringbereich 23 und ein nach außen
vorspringender Bereich 24 eine flache äußere Oberfläche
definieren, von der der Gewindeschaft 22 vorspringt. Der
Anbringbereich 23 ist vollständig innerhalb der oberen Wand 20
angeordnet und weist einen zentralen Bereich auf, der
speziell so ausgebildet ist, daß er mit dem Formkunststoff der
oberen Wand 20 in Eingriff gelangt, um das Anschlußelement
in seiner Lage sowohl gegenüber Drehkräften als auch
Axialkräften zu verriegeln. Der Zwischenbereich 25 weist eine
Rändelung auf, die sich in der Zeichnung um den gesamten
Umfang des Kopfes erstreckt. Das gerändelte Diamantmuster 25
innerhalb der hochfesten Formgehäusewand 20 führt zu
maximalen Haltekräften gegenüber Drehkräften, die erzeugt werden,
wenn ein Anziehen der Klemmutter 7 an dem Schaft erfolgt.
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Das Rändelmuster führt ferner zu einer großen axialen
Haltekraft und hält das Anschlußelement 6 gegenüber schädlichen
Kräften in seiner Lage, wenn beispielsweise ein Werkzeug
oder ein anderes Teil auf das äußere Ende des
Anschlußelements fällt. Die gegenüberliegenden Enden des gerändelten
Kopfes weisen einen inneren Flansch 26 mit einem
Durchmesser, der geringfügig größer als der des gerändelten Bereichs
ist, und einen Außenring 27 mit geringfügig kleinerem
Durchmesser auf. Der Außenring 27 springt durch den Kunststoff
hindurch nach außen vor und definiert eine flache
Oberfläche, die an der Außenseite der Oberfläche der oberen Wand 20
angeordnet ist. Der Gewindeschaft 22 springt davon nach
außen vor und ist so ausgebildet, daß er die Klemmutter 7
aufnimmt.
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Der innere Kontaktbereich 29 des Anschlußelements 6
erstreckt sich nach innen, wobei eine glatt bearbeitete Fläche
18 so ausgebildet ist, daß sie mit dem dazu passenden
Kontaktelement 17 in Eingriff ist.
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Die Gewindeschäfte 22 sind ferner von der Isolierwand 5 nach
außen beabstandet, um die Anbringung der Klemmuttern 7
zuzulassen. Die Anbringung der Anschlußelemente 6 an dem
Formkunststoffgehäuse mit den vergrößerten gerändelten Köpfen
23, die in der oberen Wand eingebettet sind, und mit den
anderen speziellen gegenseitig verriegelnden Oberflächen,
gestattet das erforderliche Anziehen der Klemmuttern mit hoher
Drehkraft, um eine zuverlässige elektrische Verbindung
zwischen dem Anschlußkontakt und der ankommenden Leitung zu
gewährleisten.
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Die Isolierwand 5, die sich über den Enden der Schäfte 6 um
eine geringfügige Distanz nach oben erstreckt, stellt
sicher, daß der Bediener nicht versehentlich die beiden
Schäfte überbrückt und einen Kurzschluß über die
Stromverbindungen mit hoher Ampèrezahl verursacht.
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Bei einer praktischen Anwendung sind die Anschlußelemente 6
mit hoher Ampèrezahl kaltgezogen und für Beständigkeit und
Korrosionsverhinderung plattiert.
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Die Spulen- und Ausfahranordnung 13 ist der in dem US-Patent
4 521 758 beschriebenen ähnlich. Die Spulenanordnung 14
weist einen Spulenkörper 30 mit einem zentralen Rohr 31 und
mit in Axialrichtung beabstandeten und sich nach außen
erstreckenden Endwänden 32 und 33 auf, die eine das Rohr 31
umschließende Spulenkammer definieren. Eine schematisch
gezeigte Wicklung 34 ist innerhalb der äußeren Begrenzungen
der Endwände 32 und 33 um das Rohr 31 herum gewickelt. Eine
äußere umschließende Isolierumwicklung 35 umschließt den
Umfang der Wicklung. Ein magnetischer Rahmen in Form eines
umgekehrten U-förmigen Bechers 36 ist über der
Wicklungsanordnung und dem Spulenkörper teleskopartig angeordnet. Die
obere Wand 32 des Spulenkörpers hat eine Vielzahl von
umfangsmäßig gleich beabstandeten Festlegevorsprüngen oder -
elementen 37, die davon koaxial nach außen vorspringen und
von denen drei gezeigt sind. Die Vorsprünge 37 legen die
Wicklung 34 innerhalb des Bechers 36 mit einem
Luftzirkulationsraum über der Spulenanordnung 14 fest. Die Innenwand
des Gehäuses 2 hat eine Vielzahl von sich in Längsrichtung
erstreckenden Rippen 38, die mit der Becherwand in Eingriff
sind und einen Luftzirkulationsraum um den Becher herum
definieren.
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Die Verbindung der Wicklung 34 erfolgt durch
Leitungsverbinder 39, die an der Bodenwand oder dem -flansch 33 des
Spulenkörpers befestigt sind und innerhalb des Flansches 3 nach
außen vorspringen. Eine kleine Öffnung in dem Bodenflansch
33 ist mit einer Aussparung 40 in der Unterseite des
Leitungselements verbunden. Die Verbindungsleitung der Spule 34
erstreckt sich durch die Öffnung und ist in der Aussparung
eingebettet und erstreckt sich nach außen in eine Öffnung in
dem Flansch 3.
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Der Spulenanschluß 19 ist mit einem vergrößerten Kopf 41
ausgebildet, der in der Wand des Flansches 3 eingebettet
ist. Der Kopf 41 weist ein Paar in Axialrichtung
beabstandete grobe Rändelungen 42 und 43 über beabstandeten Umfängen
des Kopfes auf. Die Rändelungen sind von einer Vielzahl von
unmittelbar benachbarten gekrümmten Bereichen gebildet, die
durch axiale Ränder verbunden sind. Eine umschließende Nut
44 ist zwischen dem beabstandeten gerändelten Bereich
angeordnet. Das innerste Ende des Spulenanschlusses 19 ist mit
einer flachen Oberfläche versehen, an die die
Ausgangsspulenleitungen angelötet oder anderweitig angemessen daran
befestigt sind. Die Außenseite des äußeren gerändelten
Bereichs 42 weist einen runden Ansatz auf, der mit einer
äußeren flachen Oberfläche ausgebildet ist, von der der
Gewindeschaft vorspringt, um die ankommende Leitung 45a
aufzunehmen. Eine Sicherungsmutter 46 befestigt die Leitung 45a an
dem Anschlußelement 19. Die Anschlußelemente 19 sind
bevorzugt einsatzgehärtet und plattiert.
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Die becherförmige Wicklungs- und Ankeranordnung 13 ist in
ihrer Lage durch eine Bodenabdeckung 9, die an dem Dichtungselement
11 anliegt, durch eine untere Zwischenscheibe
50 und durch den unteren Spulenkörperflansch 33 festgelegt.
Der Spulenkörperflansch 33 weist gespaltene Finger gemäß dem
US-Patent 5 021 760 auf, die mit dem Gehäuse 2 in Eingriff
sind, um ein Drehen der Spuleneinheit zu verhindern. Das
Dichtungselement 11 und die Bodenabdeckung 9 schließen das
untere Ende des Gehäuses 2 unter der unteren Zwischenscheibe
50 dicht ab. Das Dichtungselement 11 besteht aus einem
nichtleitfähigen Material, das relativ steif, aber flexibel
ist. Das Dichtungselement 11 überbrückt die nach außen
schalenförmige Abdeckung 9 und wirkt als eine Feder, um die
Anordnung innerhalb der Spulenkammer 13 zu halten.
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Der Anker 15 ist ein zylindrischer magnetischer Spulenkern
mit flachen Enden. Der Anker 15 ist in dem Spulenkörperrohr
31 in engem Gleitsitz gleitbar angebracht. Das eine Ende des
Ankers hat eine Aussparung 52 zum Koppeln an die
Kontaktausfahranordnung und insbesondere die Stange 18. Die Länge des
Ankers 15 ist geringer als die Länge des Rohrs 31 und ist
als eine Länge gezeigt, die geringfügig größer als die halbe
Gesamtlänge des Rohrs ist. Ein magnetischer Stöpsel 53 ist
an dem Becher 36 innerhalb des oberen Endes des Rohrs 31
befestigt. Der Stöpsel 53 ist ein magnetisches Element, das
bevorzugt aus dem gleichen Material wie der Anker besteht.
Die Länge des Stöpsels 53 ist derart, daß dann, wenn der
Anker 15 in Eingriff mit dem äußeren Ende des Rohrs 31
angeordnet ist, ein deutlicher Spalt 54 zwischen den
gegenüberliegenden Enden des Ankers 15 und des magnetischen Stöpsels
53 vorhanden ist. Der Becher 36 hat eine kleine zentrale
Öffnung, die mit dem Mittelpunkt des Rohrs 31 ausgefluchtet
ist. Der Stöpsel 53 hat einen kurzen rohrförmigen Ansatz 55,
der sich durch die Becheröffnung nach oben erstreckt und
darin im Paßsitz fest angeordnet und abgestützt ist. Der
Stäpsel 53 wird also innerhalb des äußeren Endes des
Spulenkörperrohrs 31 gehalten, wobei die benachbarte Oberfläche
des Stöpsels an dem Becher 36 anliegt und einen Teil des
Magnetpfads bildet. Die Erregung der Wicklung 34 resultiert
in der Erzeugung eines Magnetflusses durch den Anker, den
Stöpsel und den Becher und erzeugt eine magnetische Kraft
auf den Anker 15, wodurch bewirkt wird, daß sich dieser
innerhalb der Spule nach oben zu dem Ende des Stöpsels 53 hin
und in Eingriff damit bewegt, und bewegt gleichzeitig die
Stange 18 der Kontakt- und Ausfahranordnung 16 zur
Außenseite des Spulenkörpers innerhalb der Kammer 12.
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Die Kontakt- und Ausfahranordnung 16 ist im allgemeinen
ähnlich derjenigen, die in den älteren Patenten der Anmelderin
gezeigt ist, ist jedoch wiederum speziell modifiziert, um
Hochstromanwendungen zuzulassen.
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Die Ausfahranordnung weist einen langgestreckten Kolben 18
mit einem Durchmesser auf, der gleichmäßig durch das
Stöpselelement gleitet, wobei das innere Ende innerhalb der
Aussparung 52 in dem Ende des Ankers 15 angeordnet ist. Die
Ausfahrstange 18 geht ferner durch die Kontaktplatte 17 und
weist einen äußeren oder Endkopf 60 auf, der einen
vergrößerten Durchmesser hat, um eine Bewegung des
Ausfahrkolbens durch die gesamte Anordnung zu verhindern. Eine
Isolierdurchführung 61 ist an der Kolbenstange 18 in Anlage an
der Unterseite des Kopfes 60 angebracht und weist einen
Kranz 61a auf, der sich durch eine entsprechende Öffnung in
der Kontaktplatte 17 hindurch nach unten erstreckt. Eine
Sicherungsscheibe 62 ist innerhalb einer ringförmigen Nut in
der Stange 18 in nach außen beabstandeter Beziehung zu dem
Kopf und der Durchführung befestigt. Die Sicherungsscheibe
hat einen aufrechten äußeren Flansch, der eine
Federsicherungsaussparung definiert. Eine Kolbenfeder 63 ist innerhalb
der Sicherungsscheibe 62 angeordnet, umschließt die Stange
18 und dehnt sich nach außen zu dem Kontaktelement 17 hin
aus. Eine zweite, flache, aus Fasermaterial bestehende
Isolierscheibe 64 ist zwischen der Feder und dem Kontaktelement
angeordnet. Die Feder 63 ist zwischen der
Fasermaterialscheibe 62 und dem Kontaktelement 17 derart wirksam, daß sie
das Kontaktelement in festem, aber elastisch abgestütztem
Eingriff mit dem Kolbenkopf 60 hält. Nach der Lehre der
älteren Anmeldungen ist eine Kopffeder 65 zwischen dem Kopf 60
und der oberen Wand 20 des Gehäuses 2 angeordnet. Der Kopf
60 hat eine leichte Aussparung, um die Kopffeder
aufzunehmen, die sich davon nach außen in einen entsprechenden
ausgesparten Bereich in der inneren Oberfläche der oberen
Gehäusewand 20 erstreckt. Die Kopffeder 65 spannt die
Kolbenstange 18 von der oberen Wand 20 nach innen und durch die
Spulenanordnung 14 und insbesondere den magnetischen Stöpsel
in Eingriff mit dem Anker 15 vor. Dadurch wird gleichzeitig
das Kontaktelement nach außen in beabstandete Beziehung zu
den inneren Kontaktflächen 18 der Stromanschlüsse 6 bewegt
und unterbricht den Stromkreis mit hoher Ampèrezahl.
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Das Kontaktelement 17 ist eine allgemein rechteckige Platte,
die gerundete Enden hat. Die Platte erstreckt sich diametral
über das Gehäuse, wobei die äußeren Enden von der Seitenwand
in der Kammer 12 des Gehäuses 2 geringfügig beabstandet
sind. Das Kontaktelement kann, wie gezeigt, ein leitfähiges
Kupferelement oder mit Silberkontakten versehen sein. Im
Fall von Silberkontakten ist die Kontaktfläche der
Kontaktplatte 17 bei 67 ausgespart, wobei ein Silberchip 68 innerhalb
der Aussparung beispielsweise durch Hartlöten befestigt
ist.
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Die Stromanschlüsse 6 sind ferner mit einem
Silberkontaktchip 68a ausgebildet, der durch Hartlöten oder anderweitig
an dem inneren Bereich des Anschlußelements 6 befestigt ist,
um die Kontaktfläche 18 zu bilden. Ein zufriedenstellendes
Silberverbundmaterial für den Kontaktchip 68a besteht aus
einer Kombination aus 60% Molybdän und 40% Silber.
Alternativ wird ein Material, das aus 90% Silber und 10%
Cadmiumoxid besteht, für zufriedenstellend gehalten. Die
Silberchips bilden niederohmige Kontaktoberflächen zum Führen
des Stroms mit höherer Ampèrezahl, ohne die Kontakte zu
beschädigen, und ermöglichen eine lange Lebensdauer und eine
lange Betriebsdauer derselben.
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Die Kolbenanordnung mit den isolierten Komponenten trägt
erheblich zu der minimalen Erwärmung des Systems und zu einer
langen Betriebsdauer bei, wobei ein Strom unmittelbar durch
die Kontaktplatte und die miteinander verbundenen
Anschlußelemente fließt.
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Nach der Zeichnung hat die obere Wand 20 des Gehäuses eine
vergrößerte Aussparung, die der Federsicherungsaussparung
benachbart ist. Die Aussparung definiert ferner eine große
Umschließung 69 des Gehäuses 2 um die Trennwand 5 zwischen
den Schäften des Anschlußelements 6 mit hoher Ampèrezahl
herum. Sie bildet also insbesondere eine gute Isolierung
zwischen dem Ort der Stromanschlüsse und den
Verbindungsmuttern.
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Die Enden des vorstehend beschriebenen Kontaktelements 17
sind von der Seitenwand des Gehäuses geringfügig beabstandet
angeordnet. Um das Element 17 weiter zu führen und
insbesondere um ein Drehen oder eine Querverschiebung desselben zu
verhindern, sind spezielle Führungselemente 70 und 71 auf
eine geeignete Weise derart befestigt, daß sie von den
Seitenwänden, die den Seiten des Kontaktelements benachbart
sind, nach innen vorspringen, wie am deutlichsten in Fig. 6
gezeigt ist. Die Führungselemente 70 und 71 sind als
identische Konstruktion gezeigt, und das Element 70 wird im
Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführungsform im einzelnen
beschrieben.
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Das Element 70 ist ein Y-förmiges Element, das einen
Schenkel 72 hat, der mit der Gehäuseseitenwand integral geformt
ist und allgemein radial nach innen vorspringt. Die
abgewinkelten Arme 73 und 74 des Elements 70 springen von dem
Schenkel 72 nach innen vor und enden in geringfügig
beabstandeter Beziehung zu den Rändern der Kontaktplatte 17 und
verhindern jede signifikante Querbewegung relativ zu den
Anschlußelementen 6.
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Außerdem springen bei der gezeigten Ausführungsform der
Erfindung die Y-förmigen Elemente 70 und 71 in Axial- oder
Längsrichtung der Kammer 12 vor und enden an der
Verbindungsstelle zwischen den Kammern 12 und 13. Die innersten
Enden der Elemente 70 und 71 definieren die
Anschlagelemente, mit denen der Becher 36 der Anordnung 14 in Eingriff
ist, um den Anker und die Kontaktanordnungen für
Hochleistungs-Magnetspulenbetrieb richtig zu positionieren und zu
orientieren.
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Die Y-förmigen Elemente sind so ausgewählt, daß sie die
richtige Positionierung und Bewegung der Teile bewirken,
während sei gleichzeitig einen maximalen freien Raum um die
Kontakte herum und über der Spulenanordnung
aufrechterhalten. Dies gestattet eine optimale Selbstkühlungseigenschaft
der Magnetspule, die für Magnetspulen mit hoher
Ampère-Nennleistung von erheblicher Bedeutung ist. Andere beabstandete
Elemente können verwendet werden, um die Teile zu
positionieren, sollten jedoch so angeordnet und orientiert sein,
daß sie die Kühlung der Magnetspulenkomponenten ebenfalls
fördern.