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Elektromagnet für zwei Arbeitsrichtungen Die Erfindung stellt sich
die Aufgabe, Elektromagnete, die gewöhnlich nur für eine bestimmte Schlagrichtung
geeignet sind, für zwei Schlagrichtungen verwendbar zu machen. Ein erfindungsgemäßer
Magnet kann häufig die Aufgabe zweier getrennter Magnete der bisherigen Art übernehmen.
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Hierbei ist es ganz gleichgültig; ob es sich um sogenannte Drehschlagmagnete
oder Kolbenimagnete handelt. Der Unterschied zwischen diesen Magneten besteht bekanntlich
nur darin, daß die Kolbenmagnete einen geradlinigen und die Drehschlagmagnete einen
Drehhub ausführen. Hierbei wird ein drehbewegliclier Anker bei der Erregung eines
Elektromagneten aus einer Ruhelage zwischen den Polen in eine Arbeitslage vor den
Polen des Magneten gezogen.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Federn oder Anschläge
eine eindeutige Arbeitsrichtung sichernde Ruhestellung des Arbeitsankers bewirken
und ein Hilfsmagnet vorgesehen ist, welcher den Arbeitsanker für die entgegengesetzte
Arbeitsrichtung aus dieser Ruhestellung über die neutrale bzw. labile Stellung hinwegbewegt
und den Stromkreis des Arbeitsankers nach Überschreiten der neutralen Stellung einschaltet.
Besonders vorteilhaft ist es, auch die Zugkraft des Hilfsmagneten für die Arbeitsleistung
auszunutzen. Man kann hierbei den Haupt- und den Hilfsmagneten auch genau gleich
ausbilden, wobei dann jeder der beiden Magnete in der einen Richtung Haupt-, in
der anderen Richtung Hilfsmagnet ist. Durch den Anker bediente Kontakte müssen in
diesem Falle jeweils die zunächst nicht erregte Wicklung einschalten, sobald- der
Anker die neutrale Stellung der zugehörigen Ständerpole oder Arbeitsluftspalte überschritten
hat. Mit einem solchen Magneten erreicht man nicht nur einen vollwertigen Ersatz
zweier Magnete von genau gleichem oder sogar wegen der Verringerung der Streuung
kleinerem Gewicht, also eine Gewichtsersparnis von mindestens 50°/0, sondern man
erhält gleichzeitig
auch einen größeren Hub und eine günstigere
Kraftverteilung über diesen Hub.
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In den Abbildungen sind drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, an denen der Erfindungsgedanke näher erläutert werden soll.
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Fig. i und 2 zeigen einen Schnitt durch einen Drehschlaginagneten
bekannter Bauart, der mit einem bedeutend kleineren Hilfsinagneten zusammengebaut
ist. Fig. 3 zeigt das Schaltbild dazu.
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Auf einer Grundplatte z sind die Ständer 2 des Hauptmagneten und 3
des Hilfsmagneten befestigt. 4. ist die Wicklung des Hauptmagneten, 5 die des Hilfsmagneten.
Der Anker 6 des Hauptmagneten und der Anker ; des Hilfsmagneten sind auf der gemeinsamen
Achse 8 befestigt, an der auch die Magnetkraft abgenommen wird. Zwei um die Achse
9 bewegliche Hebel io und i i halten mit Hilfe der Federn 1-2 und 13 :des an der
Grundplatte oder am Magnetkörper 2 befestigten Bolzens 1.4 und des am Anker 6 befestigten
Bolzens 15 den Anker genau in seiner vorgeschriebenen Ruhelage. Diese Ruhelage ist
so bestimmt, daß der Magnetkern bei Erregung der Wicklung des Hauptmagneten sicher
in der Pfeilrichtung angezogen wird. Diese Linie A verläuft durch den Drehpunkt
und die Mitte der Polfortsätze 16 und 17 der Magnetständer, die Linie B durch die
Mitte der Pollage, die Linie C durch die Mitte der Ankerpole des Ankers 6, die Linie
D durch die des Ankers 7. Der Anker 6 ist also um den Winkel P; in Pfeilrichtung
aus der neutralen Stellung, bei der sich die Linie B mit der Linie C decken würde,
herausgedreht und spricht daher bei Erregung der Wicklung über die Leitung 2o auch
in Pfeilrichtung an, wobei er den Winkel a zurücklegt, da die Feldschlußstellung
erreicht ist, wenn sich die Linie C mit der Linie ,4 deckt.
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Soll der Magnetanker in entgegengesetzter Richtung, also entgegen
der Pfeilrichtung ansprechen, so erhält zunächst die Wicklung 5 über die Leitungen
--1,:24 Strom. Da der zugehörige Anker 7 aus der neutralen Zone um den Winkel gegen
die Pfeilrichtung verdreht ist, spricht er auch entgegen der Pfeilrichtung an und
nimmt dabei den Anker 6 des Hauptmagneten über die neutrale Zone hinaus gegen die
Pfeilrichtung mit. Hat so der Anker 6 etwa den Winkel 2 X ,8 zurückgelegt, so wird
der Kontakt 18 mit Hilfe des Stiftes ig geschlossen, und nun erhält auch die Hauptwicklung
4. Strom über die Leitung 2i und den Kontakt 18, so daß nun der Magnet entgegen
der Pfeilrichtung mit voller Kraft bis zur Feldschlußstellung durchschlägt.
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Fig.4 und 5 zeigen Querschnitte eines anderen Ausfiihrungsbeispieles
der Erfindung, bei dem zwei gleiche Magnete verwendet sind. Fig.6 zeigt das Schaltbild
dazu. Die beiden Magnete bedienen einen gemeinsamen, auf der Welle 22 befestigten
Anker 23. Die Pole des Ankers sind um einen gewissen Winkelbetrag gegeneinander
versetzt. An Stelle der beiden Hebel 9 und io und der Federn 1-2 und 13 (Fig. i
und 2) ist hier eine sogenannte Omegafeder verwendet, die um die Ankerachse 22 herumgelegt
ist und mit der im Anker befestigten Rolle 30 in der an den Ständern befestigten
Rolle 31 zusammen die Ruhelage des Ankers genau bestimmt. Es besteht jedoch -die
Möglichkeit, auch hier zwei Hebel zu verwenden, die gemäß Fig. .4 mit 32, 33 bezeichnet
sind und durch eine zweiarmige Feder 34 in der Ruhelage gehalten werden. Durch eine
auf der Achse 22 angebrachte Nocke 35 wird je nach der Drehrichtung des Ankers entweder
der Kontakt 36 oder der Kontakt 37 geschlossen.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende Erhält die Wicklung 27
über die Leitungen 38, 39 Strom, so bewegt sich der Anker in der Pfeilrichtung.
Sobald er die neutrale Zone des zunächst nicht erregten Ständers 26 überschritten
hat, wird der Kontakt 36 geschlossen, so daß nun auch die bisher nicht erregte Wicklung
28 Strom erhält und auch ihrerseits den Anker kräftig in der Pfeilrichtung anzieht.
Der Anker wird so über die Feldschlußstellung der ersterregten Pole hinaus bis an
eine Mittelstellung zwischen dieser und der Feldschlußstellung der nacherregten
Pole gezogen, der Hub also etwas vergrößert. Gleichzeitig wird damit eine besonders
günstige Verteilung der Zugkraft über den Anzugsweg erzielt. Um eine negative Rückwirkung
der zuerst erregten Ständerpole auf die bereits über die Feldschlußstellung hinaus
bewegten Ankerpole zu vermeiden, kann noch eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte
weitere Kontaktanordnung vorgesehen sein. die die zuerst erregten Ständerpole abschaltet.
Wird zunächst die Wicklung 28 über die Leitung 4.o erregt, so bewegt sich der Anker
gegen die Pfeilrichtung und schließt nach Zurücklegung eines bestimmten Winkels
den Kontakt 37, wodurch auch die Wicklung 27 Strom erhält und zum Anzug des Ankers
beiträgt.
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Die Fig.7 und 8 zeigen den Erfindungsgegenstand als Kolbenmagnet ausgebildet,
wobei die Fig.7 einen ktirzhubigen und die Fig.8 einen langhubigen Kolbenmagneten
mit großer Schlagkraft zeigt. Der in Fig. gezeigte Kolbenmagnet weist zwei Teilwicklungen
4.1, 42 auf, die zur Erzeugung des magnetischen Feldes dienen. Das magnetische Feld
verläuft über drei Kernteile -3,
44, zwischen denen sich die Luftspalte
45, 46 befinden, und den Eisenrückschluß 47. Die zwei Luftspalte 45 und 46 sind
also hintereinandergeschaltet und voneinander durch den aus magnetischem Werkstoff
bestehenden Eisenring 44 getrennt. Auf der Achse 48, die in zwei Richtungen verschiebbar
ist und durch Federkräfte 49 in der Mittellage gehalten wird, die zugleich als Ausgangsstellung
für die jeweiligen Arbeitsrichtungen dient, sind drei Kolben 54 5o und 5 r befestigt.
Die Arbeitskolben 54 und 51 sind in Hilfs- und Hauptkolben unterteilt, wobei
jeweils immer nur zwei Kolben für eine Arbeitsrichtung tätig sind. Der mittlere,
mit 50 bezeichnete Koliben ist der Hauptarbeitskolben, der in jeder Schlagrichtung
seinen Arbeitshub voll ausführt. Hierbei ist der in Bezug auf die Arbeitsrichtung
vor dem mittleren Kolben 50 liegende Hilfskolben 54 oder 5 i auf den Arbeitshub
ohne Einfluß. Es ist hierbei besonders wichtig, daß die Hilfskolben 54 und 51 zu
dem Hauptkolben 50 in Bezug auf den zugehörigen Luftspalt :derart versetzt
zueinander auf der Achse angeordnet sind, daß in der Ruhelage die Hilfskolben wesentlich
in den Bereich des zugehörigen Luftspaltes hineinragen, während sich der Hauptkolben
in der Mitte zwischen zwei Luftspalten und außerhalb jeden magnetischen Wirkbereiches
befindet. Hierbei kann die Kolbenausbildung der Hilfskolben 54 und 51 so
gestaltet sein, daß sie erst im letzten Hubdrittel in die Feldschlußstellung treten,
um einen möglichst großen Hub zu. erhalten. Gemäß der Fig. 7 und 8 sind zu diesem
Zweck die Kolben 54 und 51 auf der in der Bewegungsrichtung liegenden Seite nach
innen zu stärker verjüngt als auf der rückliegenden Seite. Um nun bei Erregung einer
Wicklung des Magneten im geeigneten Zeitpunkt die zweite Wicklung zu schalten, ist
ähnlich wie bei den, Ausführungsbeispielen nach Fig. r bis 6 ein Kontaktpaket 5a
angeordnet, welches von einem auf der Achse 48 befestigten Nocken 53 betätigt wird.
Die Wirkungsweise des Magneten ist folgende: Wird eine der Spulen, beispielsweise
die Spule 41, an Spannung gelegt und somit .der Luftspalt 45 erregt, so tritt der
bereits in den Bereich des Luftspaltes hineinragende Kolben 54 in die Feldschlußstellung
und nimmt durch die starre Verbindung der Achse den Hauptkolben 50 mit. Bei
der Bewegung des Hilfskolbens wird die Achse 48 mitgenommen und somit der Nocken
53 gegen den Paketkontakt 52 bewegt, der nunmehr auch die Wicklung 42, zuschaltet
und den Hauptkolben 50 ;in seinen Anziehungsbereich und ;somit in die Feldschlußstellung
zieht. Wird die andere Arbeitsrichtung gewünscht, so wird zu- _ r nächst die Wicklung
4a an Spannung gelegt, so d.aß nunmehr der Hilfsmagnet 41 in die Feldschlußstellung
gezogen wird und somit die neue Arbeitsrichtung bestimmt.
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Um nun einen wesentlich längeren Hub mit großer Schlagkraft zu erhalten,
sind gemäß Fig. 8 die Hilfskolben 54 und 5 r auf der Achse verschiebbar angeordnet
und werden durch zusätzliche Federn 55 und 56 in der Ausgangsstellung gehalten.
Demgegenüber bleibt der Hauptkolben 5o auf der Achse 48 fest. Bildet sich nun wiederum
an einem der Luftspalte, beispielsweise am Luftspalt 45, ein magnetisches Feld,
so bewegt sich der auf der Achse lose verschiebbare Kolben 54 entgegen der Kraft
der Feder 55 in die Nähe der Feldschlußstellung. Hierbei findet eine Akkumulierung
der Feder 55 statt, bis der Kolben an die die Feder umgebende Hülse 57, die auf
der Achse 48 starr befestigt ist, anschlägt. Durch diesen Anschlag wird nunmehr
. die ruhende Reibung des Hauptkolben;s 50 überwunden und schlagartig in
das inzwischen durch den Paketkontakt 52 mittels des Nokkens 53 zugeschaltete
Wirkfeld des Luftspaltes 46 bewegt, welches nunmehr den Hauptkolben in die Feldschlußstellung
zieht.
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Durch den Aufschlag des Hilfskolbens 54 auf die die Feder umgebende
Hülse 57 wird momentartig die ruhende Reibung des Kolbens 50 überwunden und
somit auch die Achse 48 momentartig bewegt. Auch hier dient die Kontaktanordnung
53 nach dem Eintritt der Feldschlußstellung des ersten Kolbens für die Zuschaltung
der zweiten Erregerwicklung, so daß immer erst nach Zurücklegung eines bestimmten
Arbeitsweges oder Hubes des Hilfskolbens die zusätzliche Erregung und somit ein
zusätzlicher Hub des Hauptkolbens - erfolgt.
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Es besteht die Möglichkeit, nach dem Zuschalten der zunächst nicht
erregten Wicklung die zuerst erregte Wicklung, die auf den Hilfskolben von Einfluß
ist, abzuschalten, um die bei großem Hub ev t1. entstehenden Rückzugskräfte unwirksam
zu machen.
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Es ist offensichtlich, daß mit dem Magneten in zwei Arbeitsrichtungen
mindestens die gleiche Leistung erreicht wird wie mit einem einfachen Magneten gleicher
Größe der bisherigen Ausführung, während der erfindungsgemäße Magnet zwei solcher
Magnete ersetzt.