DE4210740A1 - Elektromagnet mit einem Hubanker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einem federbelasteten, einen Stößel aufweisenden Hubanker und einem fest innerhalb eines rahmenförmigen Rückschlusses gehaltenen, den Stößel umfassenden Kern, sowie mit einem um Hubanker und Kern angeordneten Spulenkörper nebst Spule, nach deren Erregung der in den Kern zumindest teilweise eintauchende zylindrische Anker gegen die Kraft einer um den Stößel eingelegten Rückstellfeder stirnseitig zur Anlage gelangt und dabei mittels einer Antiklebscheibe in definiertem Abstand zum Kern gehalten wird.

Ein solcher Elektromagnet ist bekannt und wird vorzugsweise als Umschaltmagnet für Tarifzählwerke von Elektrizitätszählern verwendet. Bei diesem Magneten weist der Hubanker im Verhältnis zum Kern ein mehrfaches an Masse auf und ist dadurch relativ träge. Außerdem ist eine höhere Anzugsspannung erforderlich. Hinzu kommt, daß der Hubanker im Verhältnis zu seinem Querschnitt nur eine sehr kleine aktive Fläche aufweist, die zudem um die Auflagefläche der Rückstellfeder noch verkleinert wird. Dadurch ergibt sich eine weitere Verminderung der Haltekraft. Auch läßt sich der Hub des Ankers in der Serienfertigung nicht ausreichend maßgenau herstellen, da mehrere Toleranzen der Einzelbauteile diesen erheblich beeinflussen. Beim Einbau des Magneten in ein Tarifzählwerk muß deshalb die fehlende Genauigkeit durch zusätzliche Justierarbeit ausgeglichen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Elektromagneten einfacher zu gestalten und ihn zugleich soweit zu verbessern, daß schon bei geringer Anzugsspannung eine kraftvolle Beschleunigung des Hubankers eintritt und neben der hohen Anzugskraft in der angezogenen Stellung auch eine große Haltekraft vorhanden ist, die letztlich störende Geräusche ausschließt. Diese Aufgabe wird durch einen Elektromagneten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Elektromagnet ist insofern vorteilhaft, als der Hubanker aufgrund seiner geringen bewegten Masse und einer großen aktiven Fläche schon bei niedriger Signalspannung sehr schnell und kraftvoll beschleunigt. Zugleich werden große Haltekräfte erreicht und dadurch die Rüttel- und Stoßempfindlichkeit reduziert. Die bis zum äußeren Ankerrand reichende aktive Fläche - also größtmöglicher Radius bei vorgegebenem Querschnitt - bewirkt eine gute Standsicherheit des Hubankers und vermindert die Geräuschgefahr erheblich. Außerdem haben betriebsübliche Verunreinigungen aufgrund der großen aktiven Fläche einen vernachlässigbaren Einfluß. Auch können die Abmessungen der Antiklebscheibe größer sein, die dadurch besser händelbar ist. Des weiteren wird die Lage der Antiklebscheibe nicht mehr durch die Rückstellfeder beeinflußt, da diese unmittelbar an einem schlanken, koaxial um den Stößel angeordneten Ankerkonus angreift. Damit ist der Querschnitt des Hubankers optimal genutzt. Vereinfacht wird der Aufbau des Magneten zudem durch die unmittelbare Führung des Hubankers in dem vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten Spulenkörper, sowie der Befestigung des Kerns in Rückschluß. Auf besonders vorteilhafte Weise ermöglicht die Art der mechanischen Verbindung zwischen Stößel und Hubanker serienmäßig eine Maßgenauigkeit des Hubes, die eine spätere Justierung am Einbauort des Umschaltmagneten entbehrlich macht. Der Magnet ist insgesamt kostengünstig herstellbar und bietet neben seiner optimalen Kraftentfaltung eine hohe Funktionssicherheit.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Der in der einzigen Figur in räumlicher Darstellung geschnitten gezeigte Elektromagnet hat einen ferromagnetischen Rückschluß (1), der als geschlossener, weitgehend glattflächiger Rahmen ausgebildet ist, und der von seiner offenen Seitenflanke (1a) her einen Spulenkörper (2) aufnimmt. Dieser ist als Kunststofformteil ausgebildet und hat an einer Seite Anschlagflächen (2a) und Befestigungsdome (2b) sowie in Achsrichtung ein maßgenaues Kernloch (2c). Von außen um das Kernloch ist der Spulenkörper (2) mit einer dünndrähtigen, etliche Tausend Windungen umfassenden Spule (3) bewickelt, deren Enden über Anschlußstifte (3a) aus dem Spulenkörper herausgeführt sind. Gegenüberliegend davon ist die Spule mit einer Isolierfolie (3b) schützend abgedeckt.

Der mittels verschiedener formgestalterischer Maßnahmen sich am Rückschluß (1) selbst zentrierende Spulenkörper (2) nimmt in seinem Kernloch (2c) nahezu spielfrei einen zylindrischen ferromagnetischen Kern (4) auf, der mit einem Befestigungszapfen (4a) in eine koaxial angeordnete Bohrung (1b) in der oberen Stirnfläche (1c) des Rückschlusses eingreift. Der Befestigungszapfen (4a) ist axial im Durchmesser gestuft und hat eine innere, im Durchmesser an die Bohrung (1b) angepaßte größere Stufe (4a′), die auf ihrer Oberseite als Prägefläche zum dauerhaften Verstemmen des massiven Kernes (4) mit dem Rückschluß (1) ausgebildet ist, und eine im Durchmesser kleinere äußere Stufe (4a′′), auf die noch näher einzugehen sein wird.

Gegenüberliegend vom Befestigungszapfen (4a) ist der nahezu die gesamte Spule (3) durchgreifende Kern (4) mit einer teilweise konischen Senkung (4b) versehen, die in eine axiale Bohrung (4c) übergeht, welche letzlich im Bereich des Befestigungszapfens eine Lagerbohrung (4d) bildet. In dem derart hohlen Kern ist ein unmagnetischer Stößel (5) längsverschieblich angeordnet, der einerseits in der Lagerbohrung (4d) geführt und auf der gegenüberliegenden Seite mit einem ferromagnetischen Hubanker (6) fest verbunden ist. Dieser ist auf seiner Mantelfläche (6a) ebenfalls gleitend direkt im Kernloch (2c) des Spulenkörpers geführt und koaxial um den Stößel (5) mit einem schlanken Ankerkonus (6b) versehen. Der im Verhältnis zum Kern (4) erheblich kürzere und dadurch lediglich eine geringe Masse aufweisende Hubanker (6) wird von einer schwachen Rückstellfeder (7) belastet, die um den Stößel (5) eingelegt und mit Vorspannung zwischen der Oberseite des Ankerkonus (6b) und dem Grund der Senkung (4b) abgestützt ist. Dadurch wird der Hubanker in die dargestellte, abgefallene Stellung gedrückt, wobei eine in eine Nut (5a) des Stößels eingesetzte Sicherungsscheibe (8) den Ankerhub entsprechend der Strecke ("h") begrenzt. Die Sicherungsscheibe (8) liegt in dieser Stellung immer glattflächig auf der äußeren Stufe (4a′′) des Befestigungszapfens an, da dort beim Verstemmen der unteren Stufe (4a′) keine oberflächenändernden Bearbeitungsspuren auftreten.

Liegt hingegen im erregten Zustand des Elektromagneten der Hubanker (6) mit seiner ringförmigen, bis an die Mantelfläche (6a) reichenden aktiven Fläche (6c), auf der zur einwandfreien Funktion eine dünne unmagnetische Antiklebscheibe (6d) um den Ankerkonus gelagert ist, mit letzterer eng an der entsprechenden Kreisringfläche (4e) des Kernes an, so besteht zwischen Sicherungsscheibe (8) und Oberseite der Stufe (4a′′) ein Abstand entsprechend der Strecke ("h"). über dieses abgreifbare Abstandsmaß läßt sich bei der Montage des Elektromagneten die Eintauchtiefe des Hubankers eng toleriert vorgeben. Dazu wird der zunächst noch mit seiner axialen Bohrung (6e) lose den Stößel (5) umgebende Hubanker mit seiner aktiven Fläche (6c) und der darauf befindlichen Antiklebscheibe (6d) fest gegen den Kern (4) gedrückt, wobei der Ankerkonus (6b) vollständig in den konischen Teil der Senkung (4b) mit geringem Spiel eintaucht. Eine unter die Sicherungsscheibe (8) eingefügte, nicht gezeigte Montagelehre hält dabei entsprechend der Strecke ("h") maßgenau den Abstand zur Oberseite der Stufe (4a′′) ein. Danach wird der Hubanker auf seiner rückwärtig eingezogenen Stirnfläche (6f) mechanisch mit dem Stößel (5) verstemmt. Auf die Verbindungsstelle eingeleitete Kräfte führen hierbei zu keinerlei mechanischen Beanspruchungen der anderen Bauteile, insbesondere nicht der empfindlichen aktiven Fläche. Nach Entfernen der Hilfslehre ist damit die Eintauchtiefe des Hubankers entsprechend der Strecke ("h") exakt vorgegeben, und diese, trotz möglicher Toleranzen bei der Herstellung der Einzelbauteile, in der laufenden Serie praktisch immer gleich. Hubanker und Stößel bilden dabei jeweils eine ausreichend feste Baueinheit, um die Anzugs- und Haltekräfte des Elektromagneten am frei aus dem Rückschluß oberhalb der Sicherungsscheibe (8) vorstehenden Stößelende (5b) für eine Umschaltfunktion bei Tarifzählwerken zu nutzen.

Claims (5)

1. Elektromagnet mit einem federbelasteten, einen Stößel aufweisenden Hubanker und einem fest innerhalb eines rahmenförmigen Rückschlusses gehaltenen, den Stößel umfassenden Kern, sowie mit einem um Hubanker und Kern angeordneten Spulenkörper nebst Spule, nach deren Erregung der in den Kern zumindest teilweise eintauchende, zylindrische Hubanker gegen die Kraft einer um den Stößel eingelegten Rückstellfeder stirnseitig zur Anlage gelangt und dabei mittels einer Antiklebscheibe in definiertem Abstand zum Kern gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der im Verhältnis zum Kern (4) wesentlich kürzere und eine erheblich geringere Masse als dieser aufweisende Hubanker (6) mit einer bis an seine äußere Mantelfläche (6a) reichenden, einen Kreisring bildenden aktiven Fläche (6c) versehen ist, auf der koaxial um den Stößel (5) ein vollständig in den Kern (4) eintauchender schlanker Ankerkonus (6b) angeordnet ist, und daß die Antiklebscheibe (6d) auf der aktiven Fläche (6c) um den Ankerkonus (6b) gelagert ist, während die Rückstellfeder (7) auf der Oberseite des Ankerkonus (6b) endseitig abgestützt ist.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubanker (6) mit seiner Mantelfläche (6a) direkt im Spulenkörper (2) und zusammen mit dem Stößel (5) in einer Lagerbohrung (4d) des Kerns (4) in axialer Richtung geführt ist.

3. Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am Rückschluß (1) fest angeordnete Kern (4) einen axial im Durchmesser gestuften Befestigungszapfen (4a) aufweist, dessen innere, im Durchmesser größere Stufe (4a′) als ringförmige Prägefläche zur mechanischen Verbindung des Kerns (4) mit einer Bohrung (1b) des Rückschlusses (1) ausgebildet ist, und dessen äußere, im Durchmesser kleinere Stufe (4a′′) als ebene Anschlagfläche für eine am Stößel (5) angeordnete Sicherungsscheibe (8) derart wirksam ist, daß die Lage des von der Rückstellfeder (8) belasteten Hubankers (6) in seiner abgefallenen Stellung immer genau begrenzt ist.

4. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Bohrung (6e) des Hubankers (6) axial vollständig durchgreifende Stößel (5) mittels eines mechanischen Prägevorganges an einer topfförmig eingezogenen, rückwärtigen Stirnfläche (6f) des Hubankers (6) kraftschlüssig verbunden ist.

5. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung zwischen Stößel (5) und Hubanker (6) jeweils noch nach dem vollständigen Zusammenbau seiner verschiedenen Bauteile (1, 2, 3, 4, 5, 7, 8) mit einem exakt einzuhaltenden, die maßgenaue Eintauchtiefe ("h") des Hubankers (6) beim Arbeitshub festlegenden Stichmaß ("h") zwischen Sicherungsscheibe (8) und äußerer Stufe (4a′′) bei fest am Kern (4) anliegenden Hubanker (6) herstellbar ist.