DE7120599U

DE7120599U - Elektromagnetsystem mit gegen eine Polflache bewegbarem Magnetanker

Info

Publication number: DE7120599U
Application number: DE19717120599
Authority: DE
Original assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Current assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Priority date: 1971-05-27
Filing date: 1971-05-27
Publication date: 1973-05-24
Also published as: DE2126306A1

Description

DR. KURT-RUDOLF EIKENBERG PATENTANWALT S HANNOVER - SCHACKtTIIASII 1 - TELIFON (Olli) 1140·· ■ RAUL PATENTION HAHNOVIK ELMEQ Elektro-Meohanik GmbH

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Elektromagnetsy8tem mit gegen eine PoIflache bewegbarem Magnetanker

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnatsyetem mit gegen eine Polfläche bewegbarem Magnetanker.

Darartige Elektromagnetsysterne werden in vielen Einrichtungen wie beispielsweise elektromagnetischen Relais oder elelrtromagns tischen Impuls zählwerken verwendet, wobei die

Bewegung des Magnetankere eur Betätigung naotifoigender Glieder dient. Diese Glieder sind Im Falle von elektromagnetischen Relais Kontaktarme oder können Im Falle von elektromagnetischen Impulszählwerken Schaltanker zur Fortschaltung von Ziffernrollen sein. Bei solchen Einrichtungen 1st dabei der Verlauf der auf den Magnetanker in Abhängigkeit von seinem sich ändernden Abstand einwirkenden magnetischen Kraft In aller Regel sehr ungünstig. Dies liegt daran, daß bei abgefallenem Magnetanker die magnetische Kraft erst sehr klein ist, dann aber bei zunehmender Annäherung des Magnetankers an die Polfläche sehr stark ansteigt, bis sie sich bei Anliegen des nagnetankera an der Felfläehe schließlich extrem hchsn Werten nähert. Für die von dem Magnvtanker betätigten Glieder wäre aber bei so gut wie allen entsprechenden Einrichtungen ein ganz anderer Verlauf vorteilhafter. Für sie wäre es günstiger, daß in dem Bereioh, in dem die Glieder die größte Arbeit leisten müssen, die magnetische Kraft ihr Maximum hätte. Statt dessen steigt die magnetische Kraft erst gegen Ende des Ankerweges extrem stark an, was zu einem starken Aufschlagen des Magnetankers auf die FoIflache oder einen entsprechenden Anschlag führt und zu Beschädigungen und Prellschwingungen Anlaß gibt. Ebenso wird duroh diesen steilen Kraftanstieg ein Kleben des Magnetankere an der Pulfläche stark gefördert. Dieses Kleben tritt bei abgeschaltetem Elektromagneten aufgrund ie3 RemanenzmagnetIsmus auf und wird durch Selbstinduktion der Magnetspule beim Abschaltvorgang unterstützt. Dieses magnetische Kleben ist naturbedingt um so höher, je höher der magnetische Kraftfluss und somit die magnetische Kraft bei angezogenem Magnetanker 1st, Außer diesem magnetischen Kleben tritt auch noch ein r9in mechanisches Kleben dee Magnetankers auf,

das auf Feuchtigkeit und Verschmutzungen und dadurch verstärkt auftretande Molekularkräfte zurückzuführen ist.

Dieses mechanische Kleben ist haturbedingt stark abhängig von der Größe der Fläche des Magnetankers, die an der Polfläche anliegt.

Zur Verhinderung des Klebens des Magnetankars ist bereits vorgeschlagen worden, für den Magnetanker einen gesonderten Anschlag vorzusehen, der die Bewegung des Magnetankers in Richtung auf die Polfläche derart beschränkt, daß im angesogenen Zustand des Magentankers noch ein kleiner Luftepalt wieo'aen diesem und d·? Polfläohe verbleibt. Abgesehen davon, daß bei einer sol-iheü Ausgestaltung ein zusätzliches Teil hergestellt und befestigt werden muß, ist hier auch eine sehr genaue Justierung dieses kleinsten Luftspaltes notwendig, die den Preis eines Gerätes nicht unwesentlich bee influßt.

Anstelle eines solchen Anschlages sind auch bereits Trennbleche aus nxoht magnetischem Material bekanntgeworden, die zwischen Polfläche und Magnetanker angeordnet sind und die Bewegung des Magnetankers ir. Richtung auf die Polfläche begrenzen. Auch hier sind zusätzliche Teile und gesonderte Befestigungseinrichtungen für das Trennblech erforderlich, damit dieses auch bei schnellem Betätigungsrhythmus des Magnetankers und starker Beanspruchung an seinem Platz verbleibt. Außerdem sind solche Trennbleche, die üblicherweise äußerst dünn sein müssen, starken Abn«..tzungserscheinungen und Be-

schädigungen unterworfen, die ihre Wirksamkeit herabsetzen oder völlig zunichte machen. Obwohl üblicherweise sehr dünn, müssen solche Trennbleche eine exakt dimensionierte Dicke besitzen, um die maximale Annäherung des Magnetankers an did Polfläche genau festzulegen. Die Dicke variiert bei üblichen Materialien von Hauae aus und wird zusätzlich durch Beanspruchung verändert.

In ähnlicher Weise wie di'> erwähnten Trennbleche wirken auch bekannte \ntiklebstlfte _: die in der Regel am Anker angebracht sind und sich beim Anzug des Ankers gegen die Folfläühe legen. Auch disse Antiklsbetifte stellen zusätzliche Teile dar_? die sorgfältig am Anker befestigt sein müssen und in der Regel aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Sie werden beim Aufprall gegen die Polfläche abgenutzt und beschädigt und stellen somit auch kein besonders gut geeignetes Mittel dar, um den minimalen Abstand zwischen Spulenkern und Magnetanker auf die Dauer exakt zu definieren. Außerdem neigen sie zu mechanisch-chemischem Kleben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektromagnetsystem zu schaffen, bei dem der Verlauf der magnetischen Kraft in Abhängigkeit vom variierenden Abstand zwischen Magnetanker und Polfäche bei entsprechender Reduzierung de? Energieaufnahme verbessert wird, und bei dem sich im angezogenen Zustand des Magnetankers ein genau bestimmter Maximaifluß ergibt, der sich nicht durch Abnutzung von irgendwelchen Teilen verändern kann, wobei gleichzeitig ein magnetisches wie auch ein mechanisches Kleben verhindert wird. Dabei sollen

zur Erreichung dieses Zieles keine zusätzlichen Teile oder Einrichtungen verwendet werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem eingange erwähnten Elektromagnetsystem dadurch gelöst, daß die Polfläche und/oder die mit ihr zusammenwirkende Fläche des Magnetankers aus einer Grundfläche und dieser gegenüber hervorspringenden .Flächen besteht, wobei der Abstand der hervorspringenden Flächen von der Grundfläche in Bezug auf die Auswirkung auf die magnetische Anzugskraft auf den Magnetanker bei maximalem Abstand zwischen Polfläche und Magnetanker sehr klein ist, aber bei Annäherung dee Magnetankers an die Polfläche bedeutend wird.

Durch eine derartige Ausgestaltung wird ein wesentlich verbesserter Verlauf der auf den Magnetanker wirkenden Kraft erreicht. Im abgefallenen Zustand des Magnetankers, also bei maximalem Abstand zwischen Polfläche und Magnetankerfläche, sind die hervorspringenden Flächen nahezu ebenso weit wie die Grundfläche von der mit ihr zusammenwirkenden Gegenfläche entfernt, so daß sich das Vorhandensein der hervorspringenden Flächen auf die auf den Magnetanker im abgefallenen Zustand einwirkende magnetische Kraft praktisch überhaupt nicht auswirkt. Bei Annäherung des Magnetankers an die Polfläche macht sich jedoch der gegenüber den hervorspringenden Flächen größere Abstand der Grundfläche mehr und mehr bemerkbar, so daß die magnetische Kraft nicht so stark ansteigt wie bei glatter Pol- oder Magnetankerfläche und beim Anliegen des Magnetankers an der Polfläche gegenüber bekannten

Anordnungen wesentlich geringer ist* da bestenfalls nur die hervorspringenden Flächen zur Berührung kommen, während vor der zurückliegenden Grundfläche noch ein Luftspalt verbleibt. Dadurch werden die Stärke des Aufpralls des Magnetankers auf den Spulenkern und damit einhergehende Prellschwingungen und Beschädigungen stark reduziert . Außerdem wird im Vergleich zu den bekannten Magnetsystemen die Fertigung vereinfacht, da keine zusätzlichen Teile benötigt und befestigt werden müssen und keine Justagearbelten erforderlich sind. Dabei wird durch die geringere maximale Kraft und den entsprechend reduzierten Magnetfluß die Gefahr des magnetischen und/oder mechanischen Klebens vermindert, was durch die geringere Auflagefläche noch unterstützt wird.

In WeitorverfοIgung aes Erfindungsgedankens wird dabei vorgeschlagen, daß die Summe der im angezogenen Zustand des Magnetankere wirksamen hervorspringenden Flächen derart gering ist, daß im Bereich zumindest einiger dieser Flächen maximale magnetische Sättigung auftritt. Hierdurch wird der magnetische Widerstand des Magnetkreises im angebogenen Zustand des Magnetankers zusätzlich stark erhöht. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, einen definierten maximalen Fluß einzustellen, der sich, da keine nachgiebigen und leicht zerstörbaren Materialien wie bei Trennblechen oder Antiklebstiften verwendet werden, nioht verändern kann. Durch die Vergrößerung des rcagnetischen Widerstandes bei gleichzeitig stark verringerten Auflagefläche kann auch die Remanenz deσ

Eisens nur nooh stark reduzierte Magnetkräfte entwickeln, so daß bei geeigneter Dimensionierung der hervorspringenden Flächen der Magnetanker nach Abschalten der Erregerspule nicht kleben bleiben kann.

"Worteilhafterweisfi werden die Grundfläche xmd die dieser gegenüber hervorspringenden Flächen dergestalt gebildet, daß die Polflächen und/oder die mit ihr zusammenwirkende Fläche des Ma^netankers durch Rillen getrennte Rippen aufweist. Durch diese Ausbildung ergibt sich eine einfache Fertigung, da die Polfläche oder die Magnetankerflache in einem einfachen Arbeitsgang beispielsweise durch Prägen, Rollen oder Fräsen entsprechend gestaltet werden können.

Eine weitere zweckmäßige und vorteilnafte Ausgestaltung besteht darin, daß die Rippen parallel zur Schwenkachse dee Magnetankers verlaufen und ihre Frontflächen jeweils eine Wölbung mit zu dieser Schwenkachse parallelen Mantellinien besitzen. In Sonderheit ist es möglich und erwünscht, überhaupt nur eine derartige Rippe vorzusehen, wobei dann Magnetanker und PoIfäche sich im angezogenen Zustand nur längs einer Mantellinie dieser Rippa berühren. Hierdurch wlru erreicht, daß Toleranzen bei der Lagerung des Magnetankers j sich in bezug auf die magnetisch wirksame Pol- bzw. Magnet- ; anlcerfläche selbsttätig ausgleichen, da die Berührungsfläche zwischen Magnetanker und Spulenkern unabhängig von der Lagerung des Magnetankers immer gleich bleibt und auch der von der

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, Grundfläche verbleibende wirksame Luftspalt sich nicht nennenswert ändert.

Damit bei diesen Ausführungsformen der magnetische Widerstand bei angezogenem Magnetanker aufgrund von Toleranzen beil der Lagerung des Ma^ne tanke rs nicht verändert wird und nie Endkraft zwischen M^gnetanker und Polfläche unabhängig von der Lagerung des Magnetankers ungefähr gleich bleibt, wird in Weiterbildung der Erfindung die Grundfläche so ausgebildet, daß sie die Form einer gewölbten Fläche mit zur Schwenkachse des Magnetankers parallelen Mantellinien besitzt. Hierdurch kann erreicht werden, daß die Summe der Quadrate aller Abstände zwischen Grundfläche und der entsprechenden Gegenfläche unabhängig von der Magnetankerlagerung etwa konstant ist. Somit ist also neben der berührenden Rippe ein stets etwa gleich wirksamer Luftspalt vorhanden, der einen ebenso gleichbleibenden magnetischem Wideretand ergibt.

Sine weitere Vereinfachung in der Ausgestaltung kann dadurch erreicht werden, daß die Rippe und die Grundfläche zu einer einzigen gewölbten Fläche mit zur Schwenkachse des Magnetankers parallelen Mantellinien vereinigt sind. Auch hier ergibt οich durch die Wölbung eine unabhängig ι von i ^ertoleranzen des Magnetankers immer etwa gleiche Auflagefläche, ein nahezu unveränderter wirksamer Luftspalt und somit ein entsprechend gleichbleibender magnetischer

Widerstand bei angezogenem Magnetanker.

; Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeiconungen

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In Ausfuhrungsbeiepielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Flg. 1 eine Seitenansicht eines erfindungs-

gemäß ausgebildeten Elektromagnetsystems_f

Pig. 2 einen Schnitt gemäß H-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein den Verlauf der auf den Magnetanker eines herkömmlichen Magnetsystems in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Magnetanker und Spulenkern sinvrirksndsn aagnetlschen Kraft zeigendes Diagramm,

Fig. 4 ein gleiches Diagramm wie In Fig. 3 für ein erfindungsgemäßes Elektromagnetsystem,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer im Vergleich

zu Fig. 1 und 2 modifizierten erfindungsgemäßen Ausbildung eines Magnetankers und

Fig. 6 eine weitere modifizierte Ausbildungsform θ ins a erfindungsgemälien Magnetankers.

Das in den Flg. 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Magnetsystem besitzt einen mit einer Magnetspule 1 umgebenen Spulenkern 2, der an seinem rückneitlgen Ende mit einem

Magnetjooh 3 verbunden iet. An dem nach vorne weisenden freien Schenkel des Magnetjoches 3 ist ein Magnetanker 4 schwenkbar gelagert, der durch eine Druckfeder 5 bei nicht eingeschalteter Magnetspule von der am freien Ende dee Spulenkerns 2 befindlichen Folfläohe 6 weg versohwenkt wird. Die mit der Folfläohe 6 zusammenwirkende Fläche 7 des Magnetankers ist dabei so ausgebildet, daß sie gegenüber einer Grundfläche 8 hervorspringende Flächen 9 besitzt. Der Abstand der hervorspringenden Flächen 9 von der Grundfläohe 8 ist dabei so bemessen, daß er klein 1st im Vergleloh zu dem maximalen Abstand zwisohen Folfläohe 6 und Magnetankerfläohe im S.b"S

Durch die beschriebene Ausbildung des Magnetankers wird der Verlauf der auf ihn wirkenden magnetischen Kraft günstig beeinflußt. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, steigt diese Kraft bei herkömmlichen Elektromagnetsystemen vom größten Abstand f_Q zwisohen Spulenkern und Magnetanker von einem niedrigen Wert erst relativ sehr langsam an, um dann bei Annäherung des Magnetankere an den Spulenkern sehr stark bis zu extrem hohen Werten weiter zu waohsen. Dieser Eraftverlauf zeigt die bereits'erwähnten Nachteile, die in einem unnötig starken Aufschlages des Magnetankers auf die Polfläche mit den damit verbundenen Nachtellen und einer großen Neigung zum Kleben des Magnetankers der Polfläche bestehen. Durch die erfindungsgeiuäße Ausbildung der Magnetanke rf läohe 7 bekommt dieser Kraftverlauf in etwa die in Fig. 4 gezeigte Form. Beim weitesten Abstand f_Q zwischen

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Magnetanker und Polfläche wird durch die Ausbildung der Fläche 7 mit einer Grundfläche und dieser gegenüber hervorspringenden Flächen 9 die auf den Magnetanker wirkende magnetische Kraft praktisch nicht geändert, da im Vergleich zum Abstand f.. der Abstana zwischen Grundfläche und hervorspringenden Flächen unbedeutend ist. Der sich von der iolfläohe 6 zuia Magnetanker erstreckende Streufluß ist praktisch der gleiche wie bei einer glatten Magnetankerflache. Wenn sich jedoch die Magnetankerfläche 7 auf die Polfläche 6 zubewegt, wirkt sich der Abstand zwischen Grundfläche und dieser gegenüber hervorspringenden Flächen mehr und mehr aus. Wenn die Magnetankerflache 7 nahe an der Pclfläche 6 liegt,· besitzen die hervorspringenden Flächen nur noch einen geringen Abatand zur Polfläche, während clv zurückliegende Grundfläche einen merklich größeren Abstand zur Spulenkernfläche besitzt. Die Anzugskraft wächst dementsprechend nicht in dem gleichen Maße wie bei ebenen Magnecankerflachen. Im angezogenen Zustand des Magnetankers liegen nur die hervorspringenden Flächen 9 an der Polfläche 6 an, während die Grundfläche 8 noch einen relativ großen Luftspalt zur Polfläche 6 besitzt. Dadurch steigt die magnetische Kraft nicht wie bei den herkömmlichen Magnetsystemen auf extrem hohe Werte an. Die Remanenzkraft wird dadurch ebenfalls reduziert, was das Abfallen des Magnatankers bei Abschalten der Magnetspule erleichtert.

Um das Ansteigen der magnetischen Kraft auf den Anker noch welter zu begrenzen, werden in vorteilhafter Weise die

an dsr Pclfläohs 6 zur Anlage kounnenden hervorspringenden Flächen 9 so dimensioniert, daß in ihrem Bereich extreme Sättigung auftritt. Eine Reduktion der Remanenzwirkung tritt infolge Verringerung der Auflagefläche und des Remanenzflusses ebenfalls ein. Durch die stark reduzierte Auflagefläche ist auch ein mechanisches Kleben praktisch ausgeschlossen.

Statt des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Magnetankere kann beispielsweise auch vorteilhaft ein entsprechend der Fig. 5 oder dor Fig. ο ausgebildeter Magnetanker verwendet werden. Der Magnetanker gemäß Fig. 5 besitzt als Grundfläche eine gewölbte Fläche 10, deren Mantellinien parallel zur Schwenkachse des Magnetankers verlaufen, während eine hervorspringende Fläche durch eine Rippe 11 gebildet wird, die parallel zur Magnetankerschwenkachse verläuft und eine Frontfläche mit einer ebenfalls zu dieser Achse parallel verlaufenden Mantellinien besitzende Wölbung aufweist. Durch die Wölbung der Grundfläche und der Rippenfrontfläche wird erreicht, da3 auch bei z.B. durch Fertigungstoleranzen bedingter etwas variierender Lagerung des Magnetankers iuimer eine gleich große Berührungsfläche zwischen Spulenkern und angezogenem Magnetanker und ein dabei immer etwa gleich großer wirksamer Luftspalt auftreten, so daß auch der magnetische Widerstand imd damit die auf den Magnetinker wirkende Kraft unabhängig Ton der exakten Anordnung der Schwenkachse immer etwa gleich groß ist.

Mit dea in Fig. 6 gezeigten Magnetanker wird praktisch

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das gleiche Ziel mit einer etwas einfacher gestalteten Ausbildung erreicht. Hier sind Rippe und Grundfläche praktisch su einer einzigen gewölbten Fläche 12 vereinigt.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten AusiührungHbeispieie beschränkt ist. So kann das Magnetsystem auch anders als das in Fig. 1 gezeigte ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Magnetsystem wie bei den sogenannten Flachrelais gestaltet sein, bei denen die Polflächen, auf die sich die Magnetanker zubewegen, nicht die Stirnflächen der freien Enden des Spulenkerns sind, sondern parallel zu dessen Achse verlaufen. Bei erfindungsgemäß ausgebildeten Magnetsystemen kann, obgleich dies in aller Regel nicht nötig sein wird, auch noch zusätzlich zur der Ausbildung der Magnetankerfläche 7 zur weiteren Verstärkung des gewünschten Effekts eine Antiklebschicht vorgesehen sein, die beispielsweise direkt auf die hervorspringenden Fläohen 9 aufgebracht und fest mit diesen verbunden sein könnte. Statt der gezeigten oder einer ähnlichen Ausbildung der Magnetankerflache 7 kann stattdessen mit gleichem Erfolg auch die Polfläche 6 eine Grundfläche und dieser gegenüber hervorspringende Flächen besitzen. Auch eine entsprechende Ausbildung sowohl der Magne tanke rfläohe als auch der Polfläche mit Grundflächen und demgegenüber hervorspringenden Flächen kann vorteilhaft sein und fällt unter den Rahmen der Erfindung.

- Anaprüche-

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Claims

- Ansprüche

1. Elektromagnetsystem mit gegen eine Polfläche bewegbarem Magnetanker, dadurch gekennzeichnet, daß die Polfläche (6) und/oder die mit ihr zusammenwirkende Fläche (7) des Magnetankers aus einer Grundfläche (8) und dieser gegenüber hervorspringenden Flächen (9) bestehen, wobei der Abstand der hervorspringenden Flächen (9) von der Grundfläche CB) in bezug auf die Auswirkung auf die magnetische Anzugskraft auf den Magnetanker (4) bei maximalem Abstand (f_Q) zwischen Polfläche (6) und Magnetanker (4) sehr klein ist_v aber bei Annäherung des Magnetankers (4) an die Polfläofce (6) bedeutend wird.

2. Elektromagnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Summe der im angezogenen Zustand des Magnetankers (4) wirksamen, hervorspringenden Flächen (9) derart gerin? ist, daß im Bereich zumindest einiger dieser Flächen (9) maxiir-ile magnetische Sättigung auftritt.

3· Elektromagnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

! gekennzelehnet, daß die Polfläche (6) und/oder die mit ihr zu-

j sammenwirkende Fläche (7) des Magnetankers (4) durch Rillen

getrennte Rippen aufweist.

4. Elektromagnetsystem nach Anspruch 3, dadurch geksnnzeiohnett daß die Rippen parallel zur Schwenkachse des Magnetankers verlaufen und ihre Prontflachen jeweils eine Wölbung mit zu dieser Schwenkachse parallelen Mantellinien besitzen.

5· Elektromagnetsystem nach Anspruch 4_; dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Rippe (11) vorgesehen ist.

6. Elektromagnetsystem nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche eine gewölbte Fläche (10) mit zur Schwenkachse des Magnetankers (4) parallelen Mantellinien ist.

7. Elektromagnetsystem nach Anspruch 5 und 6_y dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe und die Grundfläche zu einer einzigen gewölbten Fläche (12) mit zur Schwenkachse des Magnetankere (4) parallelen Mantellinien vereinigt sind.