DE29704583U1

DE29704583U1 - Elektromagnetisches Gerät

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Publication number: DE29704583U1
Application number: DE29704583U
Authority: DE
Original assignee: Kuhnke GmbH
Current assignee: Kuhnke GmbH
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2007-03-14

Description

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Kuhnke GmbH
Lütjenburger Str. 101
23714 Malente

Elektromagnetisches Gerät

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Gerät mit einem beweglichen magnetisch leitenden Anker, der eine begrenzte Bewegung ausführen kann, und mit einem als Stator wirkenden elektromagnetischen Kreis, der Magnetflußleitmittel und mindestens eine isolierte elektrische Spule aufweist.

Aus der DE-A-4409503 ist ein elektromagnetisches Gerät in Form eines Drehmagneten bekannt, der aus einem rohrförmigen Stator, einem relativ zum Stator begrenzt drehbeweglichen Anker und einer elektrisch erregbaren Spule besteht. Zwischen den Polen des Stators und dem Anker ist ein radialer Arbeitsluftspalt eingebracht, wobei die Pole des Stators und/oder des Ankers jeweils aus die Polkonturen bestimmenden magnetisch leitenden Segmenten bestehen. Diese sind so mit dem Stator bzw. Anker verbunden, daß die benachbarten Segmente der Pole durch einen axialen Luftspalt getrennt und diese Luftspalte größer als der Arbeitsluftspalt sind. Hierbei werden vorgefertigte Segmente formschlüssig mit dem Stator und/oder dem Anker verbunden und in ihrer Position fixiert.

Nachteilig bei dieser Ausführung ist, daß die Segmente als Einzelteile in den Stator eingebracht werden müssen. Dieses bedeutet zusätzlichen Montageaufwand, erhebliche Form- und Werkzeugkosten sowohl

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für die Ausgestaltung des Inneren des Stators als auch für die einzubringenden Segmente. Gleichzeitig läßt sich ein ungewollter, toleranzbedingter Luftspalt im Bereich der Verbindung zwischen Stator und Segmenten nicht mit Sicherheit ausschließen. Hierdurch kann das 5 Optimum des magnetischen Flusses erheblich nachteilig beeinflußt werden.

Weiterhin sind Zug- und Hubmagnete bekannt, deren Anker und Flußleitmittel als Blechpakete aufgebaut sind. Diese Blechpakete bestehen aus einzelnen, in ihrer äußeren Form angepaßten Einzelblechen, die lamellenförmig paketiert und in dieser Gestalt miteinander verbunden sind. Der Anker bewegt sich während seines Hubes entlang der Längsmittellinie der Spule. Diese Ausführung weist den Nachteil auf, daß der Zug- bzw. Hubmagnet in seiner Längsachsrichtung relativ groß baut. Würde die Spule in Längsrichtung bei gleicher Ampere-Windungszahl verkleinert werden, wäre deren Durchmessser entsprechend zu vergrößern. Nun ist aber bekannt, daß die äußeren Windungen einer Spule ein größeres magnetisches Streufeld bilden, woraus ein geringerer Wirkungsgrad folgt.

Außerdem liegt bei den bekannten Systemen die Achslagerung innerhalb des magnetischen Feldes. Dieses bedingt einen zusätzlich zu überbrückenden magnetischen Luftspalt mit gleichzeitig auftretenden Querkräften und zusätzlicher Reibung, die den Wirkungsgrad weiter reduzieren.

Es besteht die Aufgabe, elektromagnetische Geräte der genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß sie optimale magnetische Wirkungsweise haben und gleichzeitig ohne hohe Werkzeuginvestitionen, Montage- und Prüfkosten preiswert gefertigt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich dadurch, daß beim eingangs erwähnten Gerät das äußere Magnetflußleitmittel geteilt ist und die Spule aus diesen Teilen des äußeren Magnetflußleitmittels zugeordneten Einzelspulen besteht, die elektrisch miteinander verbunden sind, daß jede Einzelspule von Abschnitten der Teile des äußeren Magnetflußleitmittels mindestens teilweise durchdrungen ist und daß die Achse des Ankers quer zur Längsachse der Spule angeordnet ist.

Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß durch die geteilte Anordnung des äußeren Magnetflußleitmittels das elektromagnetische Gerät in seiner Gesamtheit einfach und unverwechselbar montiert werden kann. Eine formschlüssige Verrastung der Teile des äußeren Magnetflußleitmittels trägt einerseits dazu bei, diesen Montagevorgang zu rationalisieren, andererseits ist die Möglichkeit gegeben, im Servicefall das Gerät schnell und problemlos zu demontieren.

Um sowohl die magnetischen Eigenschaften zu optimieren als auch den Fertigungsprozeß rationell und preiswert zu gestalten, ist das äußere Magnetflußleitmittel aus einzelnen gleichen und z. B. M-förmigen Blechzuschnitten hergestellt. Als Werkstoff bietet sich hier Transformatorblech an, das speziell ausgeprägte gute magnetische Eigenschaften aufweist. Werden extrem hohe Anforderungen an die elektromagnetischen Geräte gestellt, läßt sich statt des Transformatorbleches auch sogenanntes amorphes Metall einsetzen, das geringste magnetische Widerstände und entsprechend geringe Remanenz aufweist.

Der Fertigungsvorgang der einzelnen Blechzuschnitte geschieht zweckmäßigerweise durch Stanzen. Als vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn die Konstruktion des elektrischen Gerätes symmetrisch ist, so daß nur ein Stanzwerkzeug für das geteilte Magnetflußleitmittel erforderlich ist. Aufgrund der Härte und der Dünne amorpher Metalle

kann es zweckmäßig sein, diese nicht durch Stanzen, sondern z. B. durch Laserschnitte herzustellen.

Die einzelnen M-förmigen Blechzuschnitte werden in bekannter Weise gestapelt, was selbstverständlich auch vollautomatisch geschehen kann, und miteinander zu einem Paket verbunden. Diese Verbindung der einzelnen Zuschnitte kann beispielsweise durch Schrauben, Nieten oder Schweißen quer zur magnetischen Flußrichtung geschehen. Im Bereich des den Anker aufnehmenden Mittelstegs ist dieser Mittelsteg bezogen auf die Längsachse des Ankers für den drehbeweglichen Anker zylindrisch, für den längsbeweglichen Anker konisch ausgebildet. Die zylindrische Ausbildung ergibt sich aufgrund des Stanzvorganges mit gleichem Werkzeug, während die konische Ausbildung durch Nacharbeit des gestanzten und danach zusammengefügten Paketes erreicht wird.

Ein weiterer bedeutsamer Vorteil dieser als äußeres Magnetflußleitmittel dienenden Blechpakete liegt darin, daß die Ansprechzeit des elektromagnetischen Gerätes durch geringere Wirbelströme, die beim Abschalten durch die Gegeninduktion auftreten, beträchtlich verkürzt wird.

Vergleichbare weitere Vorteile ergeben sich zusätzlich, wenn der Anker ebenfalls geblechte innere Magnetflußleitmittel aufweist. Diese sind beispielsweise kraft- und/oder formschlüssig auf der Welle befestigt. Dadurch, daß die Spule aus Einzelspulen gebildet und durch das biegsame Halteglied zu einer Mehrkammerspule verbunden ist, läßt sich diese Spule am biegsamen Halteglied auseinanderbiegen. In diesem auseinandergebogenen Zustand lassen sich beispielsweise an den zueinander weisenden Stirnflächen der Einzelspulen Lager in die dort vorgesehenen Lageraufnahmen einbringen, die somit außerhalb

des magnetischen Feldes liegen und nicht durch magnetische Querkräfte, die den Wirkungsgrad weiter herabsetzen, beeinflußt werden.

Danach ist die Spule wieder auf eine gemeinsame Mittelachse der Einzelspulen zurückbiegbar. In diesem derart teilmontierten Zustand der Spule mit dem bereits integrierten Anker wird der Mittelsteg des einen äußeren Magnetflußleitmittels in eine der Einzelspulen eingebracht. Der Mittelsteg des anderen äußeren Magnetflußleitmittels wird um 180° versetzt in die noch nicht bestückte Einzelspule eingebracht. In dieser Position werden die beiden Teile des äußeren Magnetflußleitmittels ineinander verrastet, so daß eine mechanisch stabile, in sich eigenständige, funktionsfähige Geräteeinheit gebildet ist.

Das biegsame Halteglied ist bevorzugt so ausgebildet, daß die beiden Spulenteile in ihrem gestreckten Zustand eine gemeinsame Längsachse haben. Dadurch läßt sich bei der Bewickelung des Spulenkörpers ein einziger Wickeldorn verwenden und der Wickelprozeß rationalisieren. Somit kann es vorteilhaft sein, das biegsame Halteglied federelastisch so auszubilden, daß die gestreckte Position der beiden Spulenteile die Gleichgewichts- oder Grundposition der Mehrkammerspule bildet, wobei die beiden Längsachsen zu einer gemeinsamen Achse zusammenfallen.

Bei großen wiederkehrenden Stückzahlen kann es zweckmäßig sein, jede der Einzelspulen intern mit einem integrierten Anschlag für die Bewegungsbegrenzung des Ankers auszuführen. Dies geschieht vorteilhafterweise in einem Arbeitsgang bei der Herstellung des zu bewickelnden Spulenkörpers bei Verschwenken des Ankers um seine Mittelachse durch radial eingebrachte Anschläge, bei Bewegung des Ankers entlang seiner Mittelachse durch diese Bewegung begrenzende Anschläge entlang der Längsrichtung der Mittelachse.

Üblicherweise wird dieser Spulenkörper aus isolierendem Kunststoff, meist im Spritzverfahren, hergestellt. Die einstückige Ausbildung des Spulenkörpers mit dem eingeformten Anschlag bildet einerseits einen hervorragenden Rationalisierungseffekt und wirkt sich andererseits aber auch im Betrieb des Gerätes dadurch vorteilhaft aus, daß beim Aufprall des Ankers auf den Anschlag dieser aufgrund seiner Ausgestaltung und seines Kunststoffmaterials einen Dämpfungseffekt bewirkt, der die Lebensdauer des Geräts verlängert.

Weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Gerätes sind in Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnung wird das elektromagnetische Gerät näher erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 einen Halbschnitt durch ein Gerät mit einem schwenkbe

weglichen Anker,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-II nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Mehrkammerspule und

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Gerät mit einem längsbewegli

chen Anker.

Das elektromagnetische Gerät 1 nach Fig. 1 hat zweigeteilte äußere Magnetflußleitmittel 4, deren M-förmige Teile maßlich gleich, jedoch bei 12 um 180° versetzt verrastet sind. Im unteren Bereich der Darstellung nach Fig. 1 ist die Spule 7 teilweise von dem Mittelsteg 10 des M-förmigen Magnetflußleitmittels 4 durchdrungen. Gleichzeitig erkennbar ist das innere Magnetflußleitmittel 5 des begrenzt drehbeweglichen Ankers 2 sowie der Anschlag 22 zur Begrenzung der

Ankerdrehung. Durch die Ausnehmung 5.1 des inneren Magnetflußleitmittels 5 kommen die Flächen 5.2 am Anschlag 22 wechselseitig zur Anlage.

Im unteren, geschnittenen Bereich der Fig. 1 ist weiterhin der Spulenkörper 14 mit der aufgewickelten Einzelspule 7 erkennbar, die ebenfalls geschnitten dargestellt ist.

Der gleiche Aufbau, der im unteren Teil der Fig. 1 im Schnitt dargestellt ist, ist auch im oberen Teil des elektromagnetischen Gerätes symmetrisch angeordnet vorhanden. Hier sind ein Teil des inneren Magnetflußleitmittels 5 sowie der Anschlag 22 und auch der Mittelsteg 10 des äußeren Magnetflußleitmittels 4 unsichtbar und deshalb gestrichelt angedeutet. In diesem Teilbereich der Fig. 1 sieht man unmittelbar auf die äußere Wicklung der Einzelspule 8.

Fig. 2 zeigt den Schnitt quer durch das Gerät in Richtung der Mittelachse der Welle 20. Der Anker 2 besteht aus der Welle 20 und dem inneren Magnetflußleitmittel 5, das kraft- und/oder formschlüssig mit der Welle 20 verbunden ist und in Lagern 21 dreh- bzw. schwenkbeweglich gelagert ist. Der gesamte elektromagnetische Wirkkreis 3 besteht aus den äußeren und inneren Magnetflußleitmitteln 4 und 5 sowie der Spule 6, von der in dieser Ansicht nur die Stirnflächen 16 der Einzelspule 8 erkennbar ist. Zwischen diese Stirnflächen 16 und die Stirnflächen 17 der Einzelspule 7 sind die Lageraufnahmen 18, 19 zur Aufnahme der Lager 21 eingebracht.

Fig. 3 zeigt die gesamte Spule 6, die als Mehrkammerspule dadurch ausgebildet ist, daß die Einzelspulen 7 und 8 durch ein biegsames Halteglied 13 einstückig verbunden sind. Die Spule 6 besteht somit aus den Spulenkörpern 14, 15 sowie den von ihnen getragenen Wicklungen 24, 25 und dem biegsamen Halteglied 13. Das Halteglied 13

weist einen Kanal 23 auf, in dem die elektrische Verbindung 9 der Wicklungen bzw. Einzelspulen 7, 8 geschützt eingebettet ist. Der Kanal 23 mit der eingebetteten elektrischen Verbindung 9 der Einzelspulen läßt sich mit geeigneten (nicht gezeigten) Mitteln verschließen, so daß die elektrische Verbindung 9 der Einzelspulen 7, 8 mechanisch geschützt ist. Zweckmäßigerweise wird dieses Verschlußmittel elastisch sein, um z.B. beim Auseinanderbiegen der Einzelspulen zum Einfügen der Lager 21 die elektrische Verbindung 9 nicht zu beschädigen.
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Die Spulenkörper 14 und 15 weisen an ihren zueinander weisenden Stirnflächen 16, 17 jeweils die Lageraufnahmen 18, 19 auf, in welche die Wellenlager 21 bei aufgebogener Spule einzubringen sind.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein elektrisches Gerät mit längsbeweglichem Anker 30. Hierbei sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie vorher gewählt. Der mechanische Aufbau ist im Prinzip der gleiche wie der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte. Unterschiedlich ist jedoch die Gestaltung des Ankers 30, bei dem das Magnetflußleitmittel 5 des Ankers nunmehr eine konische äußere Mantelfläche 50 aufweist. Die Mittelstege 10 des M-förmigen, zweigeteilten äußeren Magnetflußleitmittels 4 weisen eine innere, mit der Mantelfläche 50 korrespondierende Ausgestaltung 40 auf. Gemäß Fig. 4 kommt die Fläche 51 des Magnetflußleitmittels 5 mit der hubbegrenzenden Anschlagfläche 33 des Spulenkörpers zur Anlage, so daß sich im Bereich der Mantelflächen 50, 40 ein Luftspalt L ergibt.

Bei Bestromung baut sich das magnetische Feld auf, das bestrebt ist, diesen Luftspalt gegen Null zu reduzieren, und hierbei eine entsprechende Kraft F' aufbringt, die der Rückstellkraft F entgegenwirkt.

Die Dicke D des hubbegrenzenden Anschlages 31 ist so dimensioniert, daß die Mantelflächen 40, 50 nicht zur direkten Berührung

kommen, sondern ein sehr geringer Luftspalt von z. B. 0,05 mm vorhanden bleibt. Dieser Luftspalt ist zweckmäßig, um die Rückstellkraft F möglichst gering zu halten. Würde der Luftspalt L gleich Null werden, könnte sich die Remanenz der eingesetzten Werkstoffe in der Weise nachteilig auswirken, daß die Kraft F nicht in der Lage ist, den längsbeweglichen Anker 30 in die Ausgangsposition, wie in Fig. 4 dargestellt, zurückzubringen.

Die Vorteile dieses elektromagnetischen Gerätes liegen in seinem rationellen und sicheren Fertigungsverfahren, das gleichzeitig eine erhebliche Kosteneinsparung darstellt. Desweiteren zeigt sich neben der kompakten Bauweise dieses Gerätes ein aufgrund der geblechten Magnetflußleitmittel erhöhter Wirkungsgrad, der sich bei Aufnahme gleicher elektrischer Leistungen und kleinerer Bauweise durch höhere nutzbare Drehmomente bzw. Kräfte kennzeichnet. Ebenso sind die zu erzielenden kürzeren Abschaltzeiten erwähnenswert. Weiterhin ist als Vorteil zu nennen, daß sich die Lagerung außerhalb des magnetischen Flußfeldes befindet, so daß hierdurch keine Querkräfte auf den Anker wirken, die den Wirkungsgrad vermindern würden.

Claims

Ansprüche

1. Elektromagnetisches Gerät mit einem beweglichen magnetisch leitenden Anker, der eine begrenzte Bewegung ausführen kann, und mit einem als Stator wirkenden elektromagnetischen Kreis, der Magnetflußleitmittel und mindestens eine isolierte elektrische Spule aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Magnetflußleitmittel (4) unterteilt ist und die Spule (6) aus diesen Teilen des äußeren Magnetflußleitmittels zugeordneten, elektrisch miteinander verbundenen Einzelspulen (7, 8) besteht, daß jede dieser Einzelspulen von Abschnitten (10) der Teile des äußeren Magnetflußleitmittels (4) mindestens teilweise durchdrungen ist und daß die Achse des Ankers (2) senkrecht zur Längsachse der Spule (6) steht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des äußeren Magnetflußleitmittels (4) fest, aber lösbar miteinander verrastbar sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile des äußeren Magnetflußleitmittels (4) jeweils zu einem Paket aus einzelnen Blechzuschnitten zusammengefügt sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes geblechte Paket aus gleichen Blechzuschnitten besteht.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (2) zwischen den Einzelspulen (7, 8) und dem äußeren Magnetflußleitmittel (4) angeordnet ist und aus einer beweglichen Welle (20) mit daran angebrachtem inneren Magnetflußleitmittel (5) besteht.

6. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Magnetflußleitmittel (5) als ein Paket aus einzelnen Blechzuschnitten gefügt ist und gemeinsam mit der Welle (20) den Anker (2) bildet.

7. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelspulen (7, 8) durch mindestens ein biegsames Halteglied (13) einstückig zu einer Mehrkammerspule verbunden sind.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (14, 15) der Spule (6) einstückig ist.

9. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelspulen (7, 8) im Bereich des biegbaren Halteglieds (13) gegeneinander verbiegbar sind.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (6) an ihren zueinander hinweisenden Stirnflächen (16, 17) Lageraufnahmen (18, 19) zur Aufnahme von Lagern (21) aufweist.

11. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper der Einzelspulen (7, 8) Begrenzungsmittel (22) zur Begrenzung der Bewegung des Ankers (2) aufweist.

12. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das biegsame Halteglied (13) einen Kanal (23) aufweist, der von einer Einzelspule (7) hin zur anderen Einzelspule (8) reicht.

13. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät symmetrisch aufgebaut ist.

14. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager zur Aufnahme des Ankers außerhalb des magnetischen Feldes angeordnet sind.