EP0082929A2 - Druckhammerspule mit einer Anordnung zur Magnetfeldabschirmung und Wärmeabführung - Google Patents

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EP0082929A2
EP0082929A2 EP82109188A EP82109188A EP0082929A2 EP 0082929 A2 EP0082929 A2 EP 0082929A2 EP 82109188 A EP82109188 A EP 82109188A EP 82109188 A EP82109188 A EP 82109188A EP 0082929 A2 EP0082929 A2 EP 0082929A2
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EP
European Patent Office
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coil
shielding
shielding plates
arrangement according
recess
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EP82109188A
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English (en)
French (fr)
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EP0082929B1 (de
EP0082929A3 (en
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Ho Chong Lee
David Howard Rickenbach
Gerhard Adolf Wolfert
Jack Louis Zable
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication of EP0082929A3 publication Critical patent/EP0082929A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J9/00—Hammer-impression mechanisms
    • B41J9/02—Hammers; Arrangements thereof
    • B41J9/127—Mounting of hammers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J9/00—Hammer-impression mechanisms
    • B41J9/26—Means for operating hammers to effect impression
    • B41J9/38—Electromagnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures

Definitions

  • the invention relates to a pressure hammer coil with an arrangement for magnetic field shielding and heat dissipation.
  • jerk hammering D which are operated by electromagnets.
  • the print hammers are necessarily arranged close to one another in print hammer banks.
  • US Pat. No. 3,196,783 describes a printing hammer for high-speed printers with an improved magnetic core. This prevents the magnetic interaction if several print hammers are close together.
  • the E-shaped core has a coil wound in grooves on the middle leg of the E. The grooves are formed between the middle leg and the outer legs.
  • the outer legs represent extensions of the core material with a reduced cross section and extend over the ends of the middle leg, so that a recess is formed for the anchor part of the hammer element. The extensions prevent stray fields.
  • This structure is not only expensive to manufacture, but also unsuitable for assemblies in which the hammers are arranged very close together. While some shielding is provided, the structure has a low cooling efficiency, which is disadvantageous when the hammers are operated at a very high speed.
  • the electromagnetic coil has a heat exchange system and a magnetic shield.
  • heat-conducting elements for transferring the heat from the inside and from the outside of the winding are provided.
  • External heat exchange includes devices that also serve as magnetic shielding. They prevent magnetic stray flux from interacting with the coil winding.
  • the internal heat exchange takes place through a metallic coil core, which does not concentrate the magnetic flux, and onto which the winding is wound in several turns and layers so that heat transfer takes place.
  • the external heat exchange elements are preferably flat parallel magnetic field shielding plates made of magnetic field shielding material.
  • a potting compound glues the coil core and coil together between the shielding plates so that heat transfer takes place.
  • the shielding plates can consist of several layers with different saturation and permeability characteristics.
  • the outer shielding plates protrude beyond the coil and coil core; they also serve to radiate heat into the ambient air for indirect cooling of the outer surface of the coil.
  • a special feature of the coil unit is that a shielding plate is a solid, continuous plate, while the other shielding plate is U-shaped.
  • the coil body is glued and fixed in place by a casting compound that fills the opening in the U-shaped plate.
  • a casting compound that fills the opening in the U-shaped plate.
  • the continuous plate of a coil unit lies next to the U-shaped plate of the adjacent coil unit.
  • the individual coils are mounted so that the coil body is attached to an electromagnetic yoke (magnetic core).
  • the magnetic cores of all hammers are in turn attached to a block (or frame), which is used for heat dissipation.
  • a blower or the like supplies cooling air that flows over the shielding plates and the electromagnetic yokes, thereby improving the efficiency of the coil cooling.
  • the assembly shown in Fig. 1 contains several print hammers. Each of the equidistant printing positions is assigned a U-shaped electromagnetic yoke with a coil unit and a one-piece hammer element 12.
  • the hammer element is preferably of the type described in U.S. Patent 4,269,117. It has an extension 13. In the rest position of the hammer element, a working gap is formed between the extension 13 and the pole face 14 of the yoke leg 15 of the magnetic core 10. The working gap lies in the interior of the coil element 11.
  • the hammer elements 12 are each rotatably arranged around the pin 16, which runs in a recess 17 in the legs 18 of the block 19.
  • the cover plate not shown, is attached to the block 19 to hold the coil elements 11 and the pin 16 in place. Further details can be found in the cited patent.
  • the U-shaped magnet yokes 10 are held in a block 20 made of plastic material or another material that does not concentrate the magnetic flux.
  • Block 19 is in turn attached to block 20.
  • This assembly is fixed to a base plate 21 by suitable means, for example by screws.
  • the yokes 10 are cast into the block 20 so that the upper leg 15 of each yoke protrudes from this block so far that it can receive and carry the coil elements 11.
  • the base plate 21 is preferably made of metal and is in direct thermal contact with the edges of the yokes 10. In this way, the heat dissipation is, the base plate 21 of all the yokes 10.
  • the heat generation is caused by the S pulenerregung.
  • the metal coil body 25 serves as an excellent heat transfer medium for the internal conduction of the heat generated by the coil 32 to the yoke 10, which transfers the heat to the base plate 21.
  • the heat is dissipated there by conduction, radiation or convection.
  • the latter preferably has the shape of a rectangular tube, so as to correspond as closely as possible to the rectangular cross section of the yoke leg 15 of the yoke 10.
  • the inner surfaces of the bobbin 25 are in close thermal contact with the outer surfaces of J ochschenkels 15, while at the same time a relatively easy assembly and separation of the coil element 11 permits the yoke legs 15 °.
  • the coil body 25 is preferably provided with a thin layer of a dielectric material in order to avoid a short circuit of the coil turns 32.
  • the coil former 25 consists of anodized aluminum with a layer (5-10 ⁇ m) of aluminum oxide made of dielectric material.
  • the holder 26 is preferably a cast part and consists of a vertical rectangular frame part 29 and a horizontal connector 30 with melted-in contact pins 31 for connection to the ends of the coil 32 (FIG. 3).
  • the coil is first wound onto the bobbin 25.
  • the contact pins are used to insert the coil element into an external connector.
  • a rectangular opening 33 in the frame part 29 receives the flange-free end of the bobbin 25, which is attached by expansion or another suitable measure.
  • the part may set to a spindle 24 (Fig. 2) and the coil 32 in the desired number of windings and layers between the frame part 29 and the flange 27 pu len emotions 25 wound on the S will.
  • the coil and coil body 22 are now preferably treated in the coil area with a high-temperature epoxy mixture, for example with "Thermoset 314" (brand name from Thermoset Plastic, Inc.).
  • Thermoset 314" brand name from Thermoset Plastic, Inc.
  • the magnetic field shielding / heat dissipation arrangement 23 contains parallel plates 34 and 35 which are connected to one another by the bending strip 36.
  • the plate 34 is substantially rectangular.
  • the U-shaped plate 35 has vertical legs 37 and 38 and a horizontal extension 39.
  • the vertical legs 37 and 38 of the plate 35 are arranged parallel and at a certain distance from one another and form an essentially rectangular opening 40 which is somewhat larger than the surface of one side of the coil and the bobbin 22.
  • the opening 40 serves to receive and align the coil and bobbin 22 to adapt to tolerances of the flange 27, the frame part 29 and the coil 32, without the width of the distance between the plates 34 and 35 to influence.
  • the coil and bobbin 22 are preferably cast by injection molding using a plastic material 43 between the plates 34 and 35 of the arrangement 23, the plastic material also encapsulating the winding 32. Holes 41 are provided in the vertical legs 37, 38 and in the horizontal extension 39 so that the injected plastic material 43 receives a good positive connection with the part 35. Similar holes 42 (see Fig. 6) are provided in plate 34 to ensure the coil and bobbin 22 are secured to part 23.
  • the plastic material 43 forms a heat transfer path from the flange 27 to the plates 34 and 35. In this way, the internal cooling for the coil 32 is specific to the part which is above the end 14 of the leg 15 of the yoke 10 is further improved.
  • a suitable plastic material with good thermal conductivity is "Polyset EMC-90" (brand name of Morton Corporation).
  • plates 34 and 35 and flex strip 36 are made from a piece of magnetic field shielding material such as silicon iron, then bent and positioned during potting material 43 so that the bottom and side edges of plate 34 and frame 35 are substantially parallel.
  • K on- constructive tion of one piece is preferred both because of the better magnetic shielding and heat transfer over other designs because of the compactness.
  • the space between the plates 34 and 35 is made so wide that the coil and bobbin 22 of FIG. 3 fit into the opening 40, so that the plate 34 has good thermal contact with one side of the winding 32 and the frame 35 the ends of the complete bobbin 25 encloses and surrounds, so that the working gap is completely enclosed between the vertical legs 37 and 38 and the plate 34.
  • This working gap is also shielded by the plate 34 of the neighboring coil unit. This ensures that the coil 32 is shielded from stray flux in the vicinity of the air gap.
  • the injected plastic material 43 fills the space around the coil 32 in the opening 40 of the plate 35 ) the space between the coil and plate 34 and a space between the flange 27 of the metal bobbin 25 and the plate 34 (with the Holes 42) and the vertical leg 37 of the plate 35 (with the holes 41).
  • the plastic material 43 thus forms an integrated external and partially internal conductive heat transfer path between the winding parts of the coil 32, the coil body 25 and the shielding plates 34 and 35.
  • the coil element 11 is very compact and that a good shielding of the coil 32 against magnetic leakage flux is achieved, and effective external heat transfer from the sides of the coil 32 in a confined space.
  • the opening 40 in the Plate 35 may have coil 32 and metal bobbin 25 partially within the space between legs 37 and 38 of plate 35.
  • the coil elements can be packed even more densely, so that a hammer bank according to FIG. 1 results in a greater packing density than in previous designs.
  • the internal heat transfer to the yoke leg 15 and the plates 34 and 35 given by the metallic coil formers also allows a compact design of a hammer bank with high pressure output.
  • the plate 34 of a first magnetic field shielding / heat dissipation arrangement of the plate 35 is adjacent to the adjacent second arrangement.
  • the corresponding coils 32 and yokes 10 are shielded against stray flux, which could otherwise pass through the openings 40 in the plates 35.
  • the stray magnetic flux between adjacent coils 32 is thus completely shielded.
  • the plates 34 and 35 and the bending strips 36 are swept by circulating cooling air.
  • the opening 44 in the base plate 21 serves as an inlet or outlet opening for this cooling air flow.
  • an improved magnetic field shielding / heat dissipation arrangement is provided.
  • the plates 45 and 46 which conduct the magnetic flux, are essentially U-shaped and have central openings 48 and 49, respectively.
  • the plates 45 and 46 are connected by the strip 50 essentially in the same way as that shown in FIGS. 1 to 6 shown embodiment is the case.
  • the coil and coil body 22 are aligned with the openings 48 and 49 essentially in the same way as in the first exemplary embodiment.
  • a rectangular magnetic field shielding cover plate 47 is attached to at least one of the U-shaped plates 45 or 46, e.g. attached from silicon iron.
  • FIG. 7 In the exemplary embodiment in FIG.
  • the plates 45 and 46 preferably consist of laminated layers 51 and 52 made of magnetic flux-conducting material, such as low-carbon steel.
  • the cover plate can be welded to the laminated layers 45, 46 or connected in such a way that a laminated structure results.
  • Holes 53, 54 and 55 are provided in plates 45, 46 and 47 for fixing the plastic material with which the magnetic field shield is connected to coil and coil body 22 essentially in the same way as in the first exemplary embodiment.
  • Laminated structures are more effective in shielding against stray flux.
  • the layers 51 and 52 serve as additional shunt paths for the A b conduction of a high-intensity flux, which could otherwise reach the adjacent coils 32 through the shield 47.
  • An arrangement of the type shown in FIG. 7 is particularly advantageous when the distance between the hammers in a printing hammer bank can be somewhat larger or when particularly high demands are placed on the magnetic field shielding.

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Abstract

In den hohlen Spulenkörper (25) der Spule (32) ragen von einer Seite ein Elektromagnetjoch (15) und von der anderen Seite ein Fortsatz (13) magnetisch weichen Materials eines schwenkbaren Druckhammers (12). Zwischen den Polenden des Elektromagnetjoches und des Druckhammerfortsatzes ist ein magnetischer Arbeitsspalt ausgebildet. Spulenkörper und Spule liegen zwischen zwei Magnetfeld abschirmenden Platten (34, 35; 45, 46). Eine Abbschirmplatte (35) kann zum Einführen von danach zu vergießender Spule und Spulenkorper eine Aussparung (40) aufweisen. Diese Aussparung ist in Druckhammerbänken von der durchgehenden Abschirmplatte der Nachbarspuleneinheit abgedeckt. Enger Wärmekontakt des Spulenkörpers zum Elektromagnetjoch, gut wärmeleitender Verguß-Kunststoff (43) sowie um Abschirmplatten und Spule zirkulierende Kühlluft bewirken eine gute Wärmeabführung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Druckhammerspule mit einer Anordnung zur Magnetfeldabschirmung und Wärmeabführung.
  • Sie ist insbesondere in Druckhammerbänken für Hochleistungs-Zeilendrucker einsetzbar.
  • In Hochleistungs-Zeilendruckern wird eine Vielzahl von Druckhämmern verwendet, die durch Elektromagnete betätigt werden.
  • Notwendigerweise sind die Druckhämmer in Druckhammerbänken dicht nebeneinander angeordnet.
  • Die Forderung nach Kompaktheit der Konstruktion läßt jedoch die Probleme der Überhitzung und magnetischen Wechselwirkung entstehen, die die Zuverlässigkeit des Abdrucks und die Druckqualität beeinträchtigen können.
  • Vorhandene Lösungen zur Kühlung der Elektromagnetspulen und zur Unterbindung magnetischer Wechselwirkungen sind thermisch nicht ausreichend wirksam, komplex in der Herstellung und erfordern zu viel Platz. Dadurch wird aber die Kompaktheit und/oder der Wirkungsgrad der Hammereinheiten heruntergesetzt.
  • In der US Patentschrift 4 033 255 ist eine Druckhammerbank für einen Punktmatrixdrucker beschrieben, in dem Wärmeaustauschelemente aus Aluminium oder dergleichen verwendet werden. Diese Wärmeaustauschelemente sind über eine konkave halbkugelförmige Basis mit dem außenliegenden Teil der Elektromagnetspulen verbunden..Die Spulen sind auf einen isolierenden Spulenkörper aufgewickelt, der auf einen Magnetpol aufgebracht ist. Auf dem Spulenäußeren befindet sich eine Schicht wärmeleitenden Plastikmaterials, welches die Wärmeleitung zwischen der Spule und den außerhalb angebrachten Wärmeaustauschelementen bedingt. Letztere sind in einer speziellen Struktur angeordnet. Zwischen Spule und Spulenkörper wird ein Klebemittel verwendet, um eine sonst durch die zusätzliche Masse der Wärmeaustauschelemente begründete Verdrehung zu verhindern. Die Spulen haben einen relativ großen Abstand voneinander. Ihnen allen ist ein Magnetkreis mit einem Permanentmagneten gemeinsam. Der magnetischen Wechselwirkung ist nicht begegnet.
  • In der US Patentschrift 3 196 783 wird ein Druckhammr für Hochgeschwindigkeitsdrucker mit einem verbesserten Magnetkern beschrieben. Dieser verhindert die magnetische Wechselwirkung, wenn mehrere Druckhämmer dicht nebeneinander liegen. Der E-förmige Kern hat eine in Rillen verlaufende auf den mittleren Schenkel des E gewickelte Spule. Die Rillen sind zwischen dem mittleren Schenkel und den äußeren Schenkeln ausgebildet. Die äußeren Schenkel stellen Verlängerungen des Kernmaterials mit reduziertem Querschnitt dar und erstrecken sich über die Enden des mittleren Schenkels, so daß für den Ankerteil des Hammerelementes eine Aussparung gebildet wird. Die Verlängerungen verhindern Streufelder. Diese Struktur ist nicht nur kostspielig in der Herstellung, sondern auch nicht geeignet für Baugruppen, in denen die Hämmer sehr dicht angeordnet sind. Während eine gewisse Abschirmung vorgesehen ist, weist die Struktur einen niedrigen Kühlungswirkungsgrad auf, der beim Betrieb der Hämmer mit sehr hoher Geschwindigkeit nachteilig ist.
  • Es ist darum Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische Druckhammerspule für eine Druckhammerbank zu schaffen, bei der der Wirkungsgrad der Kühlung wesentlich verbessert und die magnetische Wechselwirkung eliminiert ist.
  • Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Nach der Erfindung verfügt die Elektromagnetspule über ein Wärmeaustauschsystem und eine magnetische Abschirmung. Im Wärmeaustauschsystem sind wärmeleitende Elemente zur Übertragung der Wärme von der Innen- und von der Außenseite der Wicklung vorgesehen. Zum äußeren Wärmeaustausch gehören Einrichtungen, die auch der magnetischen Abschirmung dienen. Sie verhindern eine Wechselwirkung eines magnetischen Streuflusses mit der Spulenwicklung.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt der interne Wärmeaustausch durch einen den Magnetfluß nicht konzentrierenden metallenen Spulenkern, auf den die Wicklung in mehreren Windungen und Lagen so gewickelt wird, daß eine Wärmeübertragung stattfindet. Die externen Wärmeaustauschelemente sind vorzugsweise flache parallele Magnetfeld abschirmende Platten aus Magnetfeld abschirmendem Material. Eine Vergußmasse klebt Spulenkern und Spule zwischen den Abschirmplatten so zusammen, daß eine Wärmeübertragung stattfindet. Die Abschirmplatten können aus mehreren Schichten mit unterschiedlicher Sättigungs- und Permeabilitätscharakteristik bestehen. Die äußeren Abschirmplatten ragen über Spule und Spulenkern hinaus; sie dienen auch der Wärmeabstrahlung in die Umgebungsluft für eine indirekte Kühlung der Spulenaußenfläche. Ein besonderes Merkmal der Spuleneinheit besteht darin, daß eine Abschirmplatte eine feste durchgehende Platte darstellt, während die andere Abschirmplatte U-förmig ausgebildet ist. Der Spulenkörper wird durch eine Vergußmasse, die die Öffnung in der U-förmigen Platte ausfüllt, festgeklebt und in seiner Lage fixiert. In einer mehrere Druckhämmer umfassenden Hammerbank liegt die durchgehende Platte einer Spuleneinheit neben der U-förmigen Platte der benachbarten Spuleneinheit. Die einzelnen Spulen sind so montiert, daß der Spulenkörper auf einem Elektromagnetjoch (Magnetkern) aufgebracht ist. Die Magnetkerne aller Hämmer wiederum sind an einem Block (oder Rahmen) befestigt, der der Wärmeableitung dient. Ein Gebläse o. ä. liefert Kühlluft, die über die Abschirmplatten und die Elektromagnetjoche strömt, wodurch der Wirkungsgrad der Spulenkühlung verbessert wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anschließend näher beschrieben:
    • Es zeigen:
      • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer mehrere Druckhämmer umfassenden Druckhammerbank,
      • Fign. 2-5 eine Folge perspektivischer Ansichten verschiedener Elemente für den Zusammenbau einer Spuleneinheit für einen der in Fig. 1 gezeigten Druckhämmer,
      • Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 für das in Fig. 5 gezeigte Spulenelement und
      • Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spuleneinheit.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Baugruppe enthält mehrere Druckhämmer. Jeder der äquidistanten Druckpositionen ist ein U-förmiges Elektromagnetjoch mit einer Spuleneinheit und ein einteiliges Hammerelement 12 zugeordnet. Das Hammerelement ist vorzugsweise von dem im US Patent 4 269 117 beschriebenen Typ. Es weist einen Fortsatz 13 auf. In der Ruhelage des Hammerelementes wird zwischen dem Fortsatz 13 und der Polfläche 14 des Jochschenkels 15 des Magnetkerns 10 ein Arbeitsspalt ausgebildet. Der Arbeitsspalt liegt im Innern des Spulenelementes 11. Die Hammerelemente 12 sind jeweils um den Stift 16 drehbar angeordnet, der in einer Aussparung 17 der Schenkel 18 des Blockes 19 verläuft. Die nicht dargestellte Abdeckplatte ist am Block 19 angebracht, um die Spulenelemente 11 und den Stift 16 in ihrer Lage zu halten. Weitere Einzelheiten sind der genannten Patentschrift zu entnehmen.
  • Nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die U-förmigen Magnetjoche 10 in einem Block 20 aus Plastikmaterial oder einem anderen den Magnetfluß nicht konzentrierenden Material gehalten. Der Block 19 wiederum ist am Block 20 befestigt. Diese Baugruppe wird durch geeignete Mittel, z.B. durch Schrauben, an einer Grundplatte 21 fixiert. Die Joche 10 sind in den Block 20 so eingegossen, daß der obere Schenkel 15 eines jeden Joches aus diesem Block so weit herausragt, daß er die Spulenelemente 11 aufnehmen und tragen kann. Die Grundplatte 21 besteht vorzugsweise aus Metall und steht in direkter thermischer Berührung mit den Rändern der Magnetjoche 10. Auf diese Weise dient die Grundplatte 21 der Wärmeableitung von allen Magnetjochen 10. Die Wärmebildung ist durch die Spulenerregung bedingt.
  • Wie aus den Fign. 2-6 zu ersehen ist, handelt es sich bei den Spulenelementen um vorgeformte Einzelteile, die sich schnell und leicht auf dem Jochschenkel 15 aufbringen bzw. von ihm entfernen lassen. Jedes Spulenelement 11 (Fig. 5) besteht aus einer Spule und einem Spulenkörper 22 (Fig. 3) und einer Magnetfeld-Abschirm/Wärmeabführ-Struktur 23 (Fig. 4). Ein kompletter Spulenkörper 24 (Fig. 2) besteht aus einem den Magnetfluß nicht konzentrierenden Metallspulenkörper 25 und einer gegossenen Plastikhalterung 26. Der Metallspulenkörper 25 hat eine sehr dünne Wandung und an einem Ende einen nach außen aufgeweiteten Flansch 27. Ein Schlitz 28 über die ganze Länge des Spulenkörpers 25 und des Flansches 27 ist zur Verhinderung der Ausbildung von Wirbelströmen vorgesehen. Die dünnwandige Konstruktion hat verschiedene Vorteile:
    • Die zum Wickeln der Spule 32 auf den Spulenkörper 25 verfügbare Querschnittsfläche wird vergrößert; dadurch steigt die von der Spule 32 erzeugbare elektromagnetische Energie, ohne daß der Abstand zwischen benachbarten Jochen 10 erhöht werden muß. Des weiteren ist die magnetische Kopplung zwischen der Spule 32, dem Jochschenkel 15 des Joches 10 und dem Fortsatz 13 des Hammerelementes 12 erhöht, wodurch auch der Streufluß reduziert wird.
  • Von großer Bedeutung ist die Tatsache, daß der Metallspulenkörper 25 als ausgezeichnetes Wärmeübertragungsmittel zur internen Leitung der von der Spule 32 erzeugten Wärme an das Joch 10 dient, das die Wärme an die Grundplatte 21 weitergibt. Dort erfolgt die Wärmeabführung durch Wärmeleitung, Abstrahlung oder Konvektion. Um den Wärmeübertragungsgrad des Spulenkörpers 25 weiter zu verbessern, hat dieser vorzugsweise die Form eines rechteckigen Rohres, um so möglichst genau dem rechteckigen Querschnitt des Jochschenkels 15 des Joches 10 zu entsprechen.
  • Auf diese Weise stehen die Innenflächen des Spulenkörpers 25 in engem thermischen Kontakt mit den Außenflächen des Jochschenkels 15, während gleichzeitig eine relativ leichte Montage und Trennung des Spulenelementes 11 vom Jochschenkel 15 ermöglicht wird.
  • Erfindungsgemäß ist der Spulenkörper 25 vorzugsweise mit einer dünnen Schicht eines dielektrischen Materials versehen, um einen Kurzschluß der Spulenwindungen 32 zu vermeiden.
  • Im Ausführungsbeispiel besteht der Spulenkörper 25 aus eloxiertem Aluminium mit einer Schicht (5 - 10 µm) von Aluminiumoxid aus dielektrischem Material.
  • Die Halterung 26 ist vorzugsweise ein gegossenes Teil und besteht aus einem vertikalen rechteckigen Rahmenteil 29 und einem horizontalen Stecker 30 mit eingeschmolzenen Kontaktstiften 31 zum Anschluß an die Enden der Spule 32 (Fig. 3). Die Spule wird zunächst auf den Spulenkörper 25 aufgewickelt. Die Kontaktstifte dienen dem Einstecken des Spulenelementes in einen externen Stecker. Eine rechteckige Öffnung 33 im Rahmenteil 29 nimmt das flanschfreie Ende des Spulenkörpers 25 auf, das durch Aufweiten oder eine andere geeignete Maßnahme befestigt wird. Nach der Befestigung der Halterung 26 am Spulenkörper 25 kann das Teil 24 (Fig. 2) auf eine Spindel gesetzt und die Spule 32 in der gewünschten Anzahl von Windungen und Lagen zwischen dem Rahmenteil 29 und dem Flansch 27 auf den Spu- lenkörper 25 gewickelt werden. Nach dem Wickeln der Spule 32 werden deren freie Enden an die Kontaktstifte 31 angeschlossen. Spule und Spulenkörper 22 werden jetzt vorzugsweise im Spulenbereich mit einem Hochtemperatur-Epoxidgemisch, beispielsweise mit "Thermoset 314" (Markenbezeichnung der Fa. Thermoset Plastic, Inc.) behandelt. Dadurch soll ein Aneinanderreiben der Drähte der Spule 32 während des Druckhammerbetriebes verhindert und außerdem die Wär- meübertragung von der Spule 32 zum Spulenkörper 25 verbessert werden.
  • Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, enthält die Magnetfeldabschirm/Wärmeabführanordnung 23 parallele Platten 34 und 35, die durch den Biegestreifen 36 miteinander verbunden sind. Die Platte 34 ist im wesentlichen rechteckig. Die U-förmige Platte 35 hat vertikale Schenkel 37 und 38 und einen horizontalen Fortsatz 39. Die vertikalen Schenkel 37 und 38 der Platte 35 sind parallel und in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet und bilden eine im wesentlichen rechteckige öffnung 40, die etwas größer ist als die Fläche einer Seite der Spule und des Spulenkörpers 22. Die Öffnung 40 dient der Aufnahme und Ausrichtung von Spule und Spulenkörper 22 zur Anpassung an Toleranzen des Flansches 27, des Rahmenteiles 29 und der Spule 32, ohne die Breite des Abstandes zwischen den Platten 34 und 35 zu beeinflussen. Spule und Spulenkörper 22 werden vorzugsweise durch Spritzguß mittels eines Plastikmateriales 43 zwischen den Platten 34 und 35 der Anordnung 23 vergossen, wobei das Plastikmaterial zugleich die Wicklung 32 einkapselt. In den vertikalen Schenkeln 37, 38 und im horizontalen Fortsatz 39 sind Löcher 41 vorgesehen, damit das eingespritzte Plastikmaterial 43 eine gute formschlüssige Verbindung mit dem Teil 35 erhält. Ähnliche Löcher 42 (siehe Fig. 6) sind in der Platte 34 vorgesehen, um die Befestigung von Spule und Spulenkörper 22 am Teil 23 sicherzustellen. Außerdem bildet, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, das Plastikmaterial 43 einen Wärmeleitübertragungsweg vom Flansch 27 zu den Platten 34 und 35. Auf diese Weise wird die innere Kühlung für die Spule 32 speziell in den Teil, der über dem Ende 14 des Schenkels 15 des Joches 10 liegt, weiter verbessert. Ein für diese Zwecke geeignetes Plastikmaterial mit guten Wärmeleiteigenschaften ist "Polyset EMC-90" (Markenbezeichnung der Fa. Morton Corporation).
  • Grundsätzlich werden die Platten 34 und 35 und der Biegestreifen 36 aus einem Stück Magnetfeld abschirmenden Materials wie Siliciumeisen hergestellt, dann gebogen und während des Vergießens des Materials 43 so positioniert, daß die Unter- und Seitenkanten von Platte 34 und Rahmen 35 im wesentlichen parallel verlaufen. Eine solche Kon- struktion aus einem Stück wird sowohl wegen der Kompaktheit als auch wegen der besseren magnetischen Abschirmung und Wärmeübertragung gegenüber anderen Konstruktionen bevorzugt. Der Raum zwischen den Platten 34 und 35 wird so breit gemacht, daß Spule und Spulenkörper 22 der Fig. 3 in die öffnung 40 passen, so daß die Platte 34 guten thermischen Kontakt mit einer Seite der Wicklung 32 hat und der Rahmen 35 die Enden des kompletten Spulenkörpers 25 einschließt und umgibt, so daß der Arbeitsspalt ganz zwischen den vertikalen Schenkeln 37 und 38 und der Platte 34 eingeschlossen ist. Dieser Arbeitsspalt wird auch durch die Platte 34 der Nachbarspuleneinheit abgeschirmt. Damit ist sichergestellt, daß die Spule 32 gegen Streufluß in der Nähe des Luftspaltes abgeschirmt ist.
  • Wie am besten aus den Fign. 5 und 6 zu ersehen ist, füllt das eingespritzte Plastikmaterial 43 den Raum um die Spule 32 in der Öffnung 40 der Platte 35)den Raum zwischen Spule und Platte 34 sowie einen Raum zwischen dem Flansch 27 des Metallspulenkörpers 25 und der Platte 34 (mit den Löchern 42) und dem vertikalen Schenkel 37 der Platte 35 (mit den Löchern 41). Das Plastikmaterial 43 bildet also einen integrierten externen und teilweise internen leitenden Wärmeübertragungsweg zwischen den Wicklungsteilen der Spule 32, dem Spulenkörper 25 und den Abschirmplatten 34 und 35.
  • Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß das Spulenelement 11 sehr kompakt ist und daß eine gute Abschirmung der Spule 32 gegen magnetischen Streufluß erreicht wird, sowie auf engstem Raum eine wirksame externe Wärmeübertragung von den Seiten der Spule 32. Bei der öffnung 40 in der Platte 35 können Spule 32 und der Metallspulenkörper 25 teilweise innerhalb des Raumes zwischen den Schenkeln 37 und 38 der Platte 35 liegen. Dadurch können die Spulenelemente noch dichter gepackt werden, so daß sich bei einer Hammerbank gemäß Fig. 1 eine größere Packungsdichte als bei früheren Konstruktionen ergibt.
  • Die durch die metallischen Spulenkörper gegebene interne Wärmeübertragung zum Jochschenkel 15 und den Platten 34 und 35 gestattet außerdem eine kompakte Bauweise einer Hammerbank mit hoher Druckleistung.
  • Aus der in Fig. 1 dargestellten Anordnung geht hervor, daß bei benachbarten auf den Jochschenkeln 15 verschiedener Joche 10 liegenden Spulenelementen jeweils die Platte 34 einer ersten Magnetfeldabschirm/Wärmeabführanordnung der Platte 35 der danebenliegenden zweiten Anordnung benachbart ist. Dadurch sind die entsprechenden Spulen 32 und Joche 10 gegen Streufluß abgeschirmt, der sonst durch die Öffnungen 40 der Platten 35 hindurchtreten könnte. Der magnetische Streufluß zwischen benachbarten Spulen 32 ist somit vollständig abgeschirmt.
  • Die Platten 34 und 35 und die Biegestreifen 36 werden wie auch die Spulen 32 von zirkulierender Kühlluft überstrichen. Die Öffnung 44 in der Grundplatte 21 dient als Eintritts- oder Austrittsöffnung für diesen Kühlluftstrom.
  • In einem zweiten in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine verbesserte Magnetfeldabschirm/Wärmeabführanordnung vorgesehen. Die den Magnetfluß leitende Platten 45 und 46 sind im wesentlichen U-förmig und haben Mittel- öffnungen 48 bzw. 49. Die Platten 45 und 46 sind durch den Streifen 50 im wesentlichen genauso verbunden wie es in dem in den Fign. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Spule und Spulenkörper 22 sind auf die öffnungen 48 und 49 im wesentlichen genauso ausgerichtet wie im ersten Ausführungsbeispiel. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist an wenigstens einer der U-förmigen Platten 45 oder 46 eine rechteckige Magnetfeld abschirmenden Abdeckplatte 47 z.B. aus Siliciumeisen befestigt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 bestehen die Platten 45 und 46 vorzugsweise aus laminierten Schichten 51 und 52 aus magnetflußleitendem Material, wie beispielsweise aus niedriggekohltem Stahl. Die Abdeckplatte kann mit den laminierten Schichten 45, 46 verschweißt oder so verbunden sein, daß sich eine laminierte Struktur ergibt. Zur Fixierung des Plastikmaterials, mit dem die Magnetfeldabschirmung mit der Spule und dem Spulenkörper 22 im wesentlichen genauso wie im ersten Ausführungsbeispiel verbunden wird, sind in den Platten 45, 46 und 47 die Löcher 53, 54 bzw. 55 vorgesehen.
  • Laminierte Strukturen weisen bei der Abschirmung gegen Streufluß einen besseren Wirkungsgrad auf. Die Schichten 51 und 52 dienen als zusätzliche Nebenschlußwege zur Ab-leitung eines Flusses hoher Intensität, der sonst durch die Abschirmung 47 zu benachbarten Spulen 32 gelangen könnte. Eine Anordnung der in Fig. 7 gezeigten Art ist besonders dann von Vorteil, wenn der Abstand zwischen den Hämmern in einer Druckhammerbank etwas größer sein kann oder wenn an die Magnetfeldabschirmung besonders hohe Forderungen gestellt werden.

Claims (11)

1. Druckhammerspule für eine Hammerbank mit einer Anordnung zur Magnetfeldabschirmung und Wärmeabführung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spule (32) auf einem Spulenkörper (25) hoher Wärmeleitfähigkeit aufgebracht ist,
daß in den Spulenkörper (25) von der einen Seite ein Elektromagnetjoch (15) und von der anderen Seite ein Fortsatz (13) magnetisch weichen Materials eines schwenkbaren Druckhammers (12) ragt,
daß zwischen den einander zugewandten Enden des Joches (15) und des Fortsatzes (13) ein magnetischer Arbeitsspalt gebildet wird,
daß der Spulenkörper (25) und die Spule (32) zwischen zwei Abschirmplatten (34, 35; 45, 46), die die Ränder des Spulenkörpers (25) bzw. der Spule (32) überragen, fixiert ist,
daß beide Abschirmplatten (34, 35; 45, 46) durch einen Steg (36, 50) miteinander verbunden sind,
daß die Abschirmplatten aus Magnetfeld abschirmendem Material bestehen,
und daß der Spulenkörper und das Elektromagnetjoch (15) einen guten wärmeleitenden Kontakt miteinander aufweisen.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spulenkörper (25) und die Spule (32) zwischen den Abschirmplatten mit einem gut wärmeleitenden Kunststoff (43) teilweise vergossen sind.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eineoAbschirmplatte (35) eine Aussparung (40) aufweist,
die ein Ausrichten des zwischen den beiden Abschirmplatten durch Vergießen zu fixierenden Spulenkörpers (25) und der Spule (32) gestattet,
und daß bei in einer Druckhammerbank nebeneinanderliegenden Spuleneinheiten mit zugehörigen Abschirmplatten
neben der Abschirmplatte (37) mit der Aussparung (40) einer ersten Spuleneinheit
die Abschirmplatte (34) ohne Aussparung der der ersten Spuleneinheit benachbarten zweiten Spuleneinheit angeordnet ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spulenkörper (25) zur Vermeidung von Windungsschlüssen der Spule (32 ) mit einer dünnen Schicht dielektrischen Materials versehen ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche der Spulenwindungen und der Spu- lenkörper mit einem gut wärmeleitenden Kunststoff beschichtet sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
daß beide Abschirmplatten (45, 46) je eine Aussparung (48, 49) aufweisen,
die ein Ausrichten der zwischen den beiden Abschirmplatten durch Vergießen zu fixierenden Spulenkörper (25) und der Spule (32) gestattet,
daß auf einer (46) dieser Abschirmplatten eine weitere dritte die Aussparung (49) überdeckende Abschirmplatte (47) aus Magnetfeld abschirmendem Material angeordnet ist,
und daß bei in einer Druckhammerbank nebeneinander liegenden Spuleneinheiten mit Abschirmplatten
neben der Abschirmplatte (45) einer ersten Spuleneinheit mit der nicht durch die dritte Abschirmplatte überdeckten Aussparung (48) die dritte Abschirmplatte der der ersten Spuleneinheit benachbarten zweiten Spuleneinheit angeordnet ist.
7. Anordnung anch einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschirmplatten (45, 46) laminiert (51, 52) sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß Teile der Elektromagnet-Joche (15, 10) in einem der Druckhammerbank gemeinsamen Block (20) hoher Wärmeleitfähigkeit eingegossen sind.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine der Druckhammerbank gemeinsame Grundplatte (21) mit guter Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist, die in engem wärmeleitenden Kontakt mit Teilen der Elektromagnet-Joche (10) besteht.
10. Anordnung nach Anspruch 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Block (20) auf der Grundplatte (21) fixiert ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5 oder 9 - 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschirmplatten und Teile der Spule (32) durch die Grundplatte (21) tretende zirkulierende Kühlluft gekühlt werden.
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