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Elektromagnetischer
Hubmagnet
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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen
Hubmagnet, bestehend aus mindestens einem, einen Stator und eine
Erregerwicklung aufweisenden Magnetsystem zum Erzeugen eines elektromagnetischen
Flusses und einem dem Magnetsystem gegenüberliegenden Anker, welcher
auf ein Übertragungselement
arbeitet und eine senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung polarisierte
Dauermagnetanordnung für
ein dauerhaftes Halten des Ankers ohne Bestromung der Erregerwicklung
in mindestens einer seiner Endlagen trägt.
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Ein Hubmagnet zeichnet sich durch
große Haltekräfte in den
stabilen Endlagen und durch große Umschaltkräfte zu Beginn
des Umschaltvorganges bei minimaler Masse bzw. minimalem Volumen
des Hubmagneten aus, sowie durch ein dauerhaftes, stromloses Halten
des Ankers in mindestens einer von beiden Endlagen lediglich mit
Hilfe eines oder mehrerer Dauermagnete, ohne das Einwirken einer Feder.
Der Hubmagnet kann beispielsweise als Stell- oder Schaltmagnet eingesetzt
werden.
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Ein aus der
DE 197 12 293 A1 bekannter elektromagnetischer
Hubmagnet mit zwei zueinander beabstandeten und jeweils eine Erregerspule aufweisenden
Elektromagnetsystemen, zwischen denen ein mit einem Stellschaft
fest verbundener und durch die Magnetsysteme in zwei Schaltpositionen bewegbarer
Anker angeordnet ist, nimmt im stromlosen Zustand eine stabile Position
ein. Dazu sind u.a. zwei Federn, ein Magnetsystem mit einem in Bewegungsrichtung
polarisierten Dauermagnet und ein Magnetsystem ohne Dauermagnet
sowie zwei auf Wickelkörper
gewickelte Spulen zum Schalten des Hubmagneten notwendig.
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Mit dieser Anordnung können im
stromlosen Zustand keine zwei stabilen Zustände eingenommen werden. Die
eine stromlose stabile Position des Ankers wird durch einen im Stator
be findlichen Dauermagneten und den beiden Federn sichergestellt.
Die andere Position kann nur im bestromten Zustand der Spulen eingenommen
werden. Bei Wegfallen des Haltestromes fällt der Anker mit Hilfe der
zwei Federn automatisch wieder in seine Ausgangslage zurück. Ein
dauerhaftes Halten des Ankers in der unstabilen Position verbraucht
elektrische Energie. Die beiden Magnetsysteme sind nicht baugleich.
Die zwei Federn, die auf Spulenträgern gewickelten Spulen und das
Herausstehen des Stellelementes in Ruhelage auf der Seite des Dauermagneten
hat sowohl ein größeres Bauvolumen
und auch entsprechendes Gewicht zur Folge.
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Des weiteren ist ein elektromagnetischer Hubmagnet
von geringer Masse und Volumen bekannt, welcher in der Raumfahrt
zum Einsatz kommt. Mit diesem Hubmagneten ist nur ein einziges Mal
ein Schalten möglich,
da der Anker durch eine mechanische Verriegelung, die auf dem Wege
der Fernschaltung bedient und ohne menschlichen Eingriff nicht mehr
aufgehoben werden kann, in seiner Position verharrt. Ein wiederholtes
Schalten ist damit ausgeschlossen. Dieser Hubmagnet benötigt nur
kurzzeitig einen hohen Stromimpuls zum einmaligen Schalten des Hubmagneten
(N. Wavre „Design
and performances of electromagnetic initiators for space mechanism – an alternative
to pyrotechnic system." Proc.
Fifth European Space Mechanism and Tribology Symposium, ESTEC, Noordwijk,
The Netherlands, 28–30
October 1992 (zgl. Esa SP -334, April 1993).
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Ein gattungsgemäßer Hubmagnet ist in
DE 195 09 195 A1 beschrieben.
Der Hubmagnet ist dort Teil eines Gleichstromschützes, das ein magnetisches
Polster zur Erzeugung von Abstoßungskräften und
zur reibungslosen Lagerung des Magnetankers aufbaut. Hierfür sind zwei
zusätzliche
Permanentmagnetringe vorgesehen, von denen einer am Anker befestigt
ist und einer gehäusefest.
Die beiden Magnetringe sind so polarisiert und zueinander angeordnet,
dass sie sich in beiden stromlosen Endlagen des Ankers abstoßen. Offensichtlich
erzeugen die Kräfte durch
diese magnetische Lagerung in der Führung des Ankers im Spulenkörper große Reibkräfte, die eine
enge Tolerierung erfordern und kritisch für die Lebensdauer des Schützes sind.
Außerdem
erscheinen die Abfallspannung und die Vibrations- und Stosssicherheit
als kritisch. Nicht zuletzt verteuern zwei Permanentmagnetringe
das Schütz.
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Aus
DE 100 38 575 A1 ist eine elektromagnetische
Stelleinrichtung für
den Einsatz in Gaswechselventilen von Verbrennungsmotoren mit einem
Anker bekannt, der zylindrische Polflächen aufweist, die von einem
gehäusefesten
Magnetkern mit einer oder zwei Spulen umschlossen ist. Der Anker
kann rein weichmagnetisch sein oder Permanentmagnete enthalten.
Der Hauptvorteil besteht darin, dass keine mechanische Überbestimmtheit
im Zusammenspiel von Ventilanschlag am Ventilsitz und Ankeranschlag am
Stator des Magneten auftreten kann, da der Arbeitsluftspalt radial
angeordnet ist und der gehäusefeste
Teil des Magneten hinter diesem Luftspalt in radialer Richtung liegt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Hubmagnet so weiterzubilden,
dass er kostengünstiger
und funktionssicherer wird. Für
den Schaltvorgang soll ein kurzer Stromimpuls und somit insgesamt
ein geringer Energieverbrauch erforderlich sein. Der Hubmagnet soll
bei verringertem Fertigungs- und Montageaufwand in Volumen und Masse
minimiert und die magnetisch erzeugten Kräfte dabei maximiert werden. Der
Hubmagnet soll weiterhin im stromlosen Zustand mindestens einen
stabilen Zustand einnehmen und beliebig oft betätigbar sein. Es sollen sich
Schaltzeiten kleiner als 10 ms erzielen lassen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung geben die abhängigen Ansprüche 2 bis
18 an.
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Erfindungsgemäß besteht der elektromagnetische
Hubmagnet aus mindestens einem, einen Stator und eine Erregerwicklung
auf weisenden Magnetsystem zum Erzeugen eines elektromagnetischen Flusses
und einem dem Magnetsystem gegenüberliegenden
Anker, welcher auf ein Übertragungselement
arbeitet und eine senkrecht („quer") zu seiner Bewegungsrichtung
polarisierte Dauermagnetanordnung für ein dauerhaftes Halten des
Ankers ohne Bestromung der Erregerwicklung in mindestens einer seiner
Endlagen trägt,
wobei sich der dauermagnetische Haltefluss über den Stator des Magnetsystems schließt. Die
Dauermagnetanordnung ist bevorzugt zwecks Bündelung des magnetischen Flusses
von Weicheisenelementen umgeben. Die magnetische Energie und Anordnung
des Dauermagneten sorgt im Unterschied zu bekannten Hubmagneten
mit vergleichbarer Masse für
sehr große
Haltekräfte.
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Die aufgezeigte Lösung zeichnet sich durch ein
besonders schnelles Umschalten (typisch < 10 ms) und durch eine einfache Bauweise
aus. Zum Schalten ist nur ein kurzer Stromimpuls notwendig, so dass
der Energieverbrauch dadurch äußerst gering
ist. Da der Anker ein sehr kleines Trägheitsmoment aufweist und die
verwendete Dauermagnetanordnung eine hohe Energiedichte besitzt,
ist ein sehr schnelles Schalten des Hubmagneten möglich. Das erfindungsgemäße Einbringen
mindestens eines Dauermagneten senkrecht zur Bewegungsrichtung in
den Anker erlaubt es, zwei gegenüberliegende
Magnetsysteme baugleich auszuführen.
Es kann somit auf Dauermagnete in den Statoren oder auf eine zweite
gehäusefeste
Dauermagnetanordnung verzichtet werden. Mit Hilfe eines Stromimpulses
von geeigneter Polarität
und Größe wird
der magnetische Fluss in der Dauermagnetanordnung kompensiert. Das
Streufeld um den Anker vergrößert sich,
so dass bei einem zweiten Magnetsystem bereits eine Kraftwirkung
in Richtung der anderen Endlage erzeugt wird.
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Schaltet man mit einem Stromimpuls
gleichzeitig zwei Spulen, wobei die erste den magnetischen Fluss
des Dauermagneten in der Haltelage kompensiert und die zweite den
Magnetfluss des Dauermagneten in Richtung der anderen Endlage verstärkt, wird eine
große
Umschaltkraft erzeugt. Durch mindestens einen Dauermagneten im Anker
wird ein stromloses Halten in der jeweiligen Endlage erreicht.
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Die Haltekräfte des Hubmagneten lassen sich
beträchtlich
steigern, wenn Anker und Stator bzw. die beiden baugleichen Statoren
beim Einsatz von zwei Magnetsystemen magnetisch voneinander getrennt
ausgeführt
sind. Das bedeutet für
eine vorteilhafte Ausführung,
dass das Stellelement bzw. die Stellstange und die Hülse nichtmagnetisch
sind. Dadurch werden die stets vorhandenen magnetischen Streuflüsse minimiert
und es fließt
ein Großteil
des von der Dauermagnetanordnung erzeugten magnetischen Flusses
in das Magnetsystem, an dem der Anker anliegt.
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Der magnetische Fluss des Dauermagneten wird
konzentriert, indem in Magnetisierungsrichtung des Dauermagneten
mindestens ein weichmagnetisches Teil angebracht wird. Da die Permeabilität des Dauermagneten
nur geringfügig
größer als
die von Vakuum oder Luft, die Permeabilität von weichmagnetischen Material
aber um ein Vielfaches größer und somit
der magnetische Widerstand bedeutend geringer ist, verläuft der
magnetische Fluss des Dauermagneten zum großen Teil durch dieses Material.
So kann nach Belieben der magnetische Fluss gebündelt und in die gewünschte Richtung
gelenkt werden, damit die beabsichtigte Wirkung erzielt wird.
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Die Spulen werden körperlos
gewickelt, wobei die Erregerwicklungen bei der Verwendung von Kupferlackdraht
durch Klebstoff oder bei fachgerechter Verwendung von Backlackdraht
durch Erhitzen mechanisch miteinander verbunden sind. Da zwischen
Spule und Stator nur noch ein geringer Spalt ist, wird der in den
Spulen erzeugte magnetische Fluss nahezu vollständig in das Magnetsystem eingeleitet.
Das führt
zur Verringerung von Masse und Volumen bei vergleichbaren Kräften gegenüber anderen
Hubmagneten. Eine weitere Einsparung erreicht man, indem beim Umschalten
die maximale Stromdichte in der Spule die üblichen Werte um ein Vielfaches überschreiten.
Der Umschaltimpuls ist nur von kurzer Dauer und die maximale Schaltfrequenz wird
begrenzt, so dass die Spule nicht thermisch überlastet wird. Auf diese Weise
verkleinert sich das Volumen der erforderlichen Wicklungen erheblich und
der Energieverbrauch wird auf ein Minimum reduziert.
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Bei der Auslegung der Spulen und
der Ansteuerelektronik ist sicherzustellen, dass die elektrisch
erzeugten Feldstärken
keine partielle Entmagnetisierung des im Anker angeordneten Dauermagneten
verursachen.
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Vorzugsweise wird als Material für den Dauermagneten
hochkoerzitives Magnetmaterial wie z.B. Neodym-Eisen-Bor-Legierungen (Nd2Fe14B) verwendet,
so dass auch hier eine Volumen- und Gewichtsersparnis gegenüber anderen
Magnetmaterialien möglich
ist.
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Der Verzicht auf Federn erlaubt es,
den gesamten Hubmagneten kleiner zu bauen, da dieses Volumen für die magnetischen
Systeme genutzt werden kann. Darüber
hinaus können
die Gleitlager näher
an der Ankerscheibe platziert werden, so dass ein Ende des Stellelements
vollständig
im Hubmagneten verbleibt. Es muss deshalb außerhalb des Hubmagneten kein
weiterer Freiraum vorhanden sein.
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Eine Kalibrierung der Haltekräfte und
eine Reduzierung des Aufprallimpulses erfolgt mit mindestens einem
nichtmagnetischen Dämpfungselement,
welches an einer Stirnseite der Ankerscheibe angebracht ist. Diese
Maßnahme
verringert die Temperaturabhängigkeit
der Kräfte
des Hubmagneten, weil der magnetische Widerstand des Restluftspaltes zwischen
Stator und Ankerscheibe dominiert und die temperaturbedingten Änderungen
durch die weichmagnetischen Komponenten und insbesondere durch den
Dauermagnet relativ dazu gering sind.
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Eine weitere Vereinfachung des Hubmagneten
wird durch den Einsatz von Klebverbindungen erreicht, wie z.B. das
Einkleben der Spulen direkt in die Magnetgrundkörper, das Verkleben der Weicheisenteile
des Ankers mit dem Dauermagnet und der Stellstange mit der Ankerscheibe
sowie der Hülse
mit den Statoren. Durch das Kleben entfallen aufwendige mechanische
form- und kraftschlüssige
Verbindungen, die zur Miniaturisierung des Hubmagneten beitragen.
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Die gezielte Beeinflussung der Kraft-Weg-Kennlinie
des Hubmagneten wird durch bekannte Methoden zur Kennlinienbeeinflussung
erreicht.
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Bei einer scheiben- bzw. ringförmigen Ausführung des
Ankers entsteht, bedingt durch die großen Fertigungstoleranzen von
Dauermagneten, ein Spalt zwischen Dauermagnet und Weicheisenring. Dieser
Spalt erhöht
die Verluste im Magnetkreis. Wenn eine individuelle Fertigung der
Weicheisenringe passend zum jeweiligen Dauermagneten vermieden werden
soll, kann der weichmagnetische Ring offen als Federring hergestellt
werden, so dass dieser durch die Federkraft fest am Dauermagneten
anliegt und der Spalt somit minimal ist.
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Die bei Dauermagneten auftretende
Fertigungstoleranz des Maßes
parallel zur Bewegungsrichtung des Ankers wird kompensiert, indem
die den Dauermagneten in Magnetisierungsrichtung umgebenden Weicheisenteile
in Bewegungsrichtung dem Dauermagneten vorstehen.
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Das Führen des Ankers durch ein Stellelement
erfolgt z.B. durch eine konzentrisch in beiden Statoren gelagerte
Stange. Auf eine der Führungsstellen
kann verzichtet werden, wenn die Führung so dimensioniert ist,
dass die Stellstange nicht verklemmt. Dadurch wird eine Lagerstelle
eingespart und der Montageaufwand verringert.
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Der erfindungsgemäße Hubmagnet lässt sich
vorteilhaft so weiterbilden, dass dieser in Volumen und Masse weiter
verringert wird. Hierzu ist nur ein Magnetsystem und ein Anker mit
einem Stellelement notwendig. Es kommt eine Feder hinzu, deren Kräfte Anker
und Magnetsystem auseinander drücken.
Die Haftkraft des Ankers ist jedoch größer als die Rückstellkraft
der Feder, so dass der Anker am Magnetsystem anliegt. Durch einen
geeigneten Umschaltimpuls drückt
die Feder den Anker in die andere Endlage. Erfolgt nun ein entsprechender
Umschaltimpuls entgegengesetzter Polarität und ausreichender Dauer,
wird der Anker in die Ausgangsstellung zurückgeschaltet. Selbstverständlich kann
die Federkraft auch von außen
eingetragen werden, beispielsweise vom zu stellenden Aggregat.
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Aus einem bistabilen Hubmagneten
lässt sich
auf einfache Weise ein monostabiler Hubmagnet bilden, indem die
Feder bei angezogenem Anker die Haltekräfte des Dauermagneten ohne
Unterstützung eines
Umschaltimpulses überwindet.
Der Umschaltimpuls ist dabei immer von gleicher Polarität. Die Dauer
des Umschaltimpulses legt fest, wie lange der Anker in der unstabilen
Position verharrt.
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Ein Hubmagnet nach der Erfindung
wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 einen
Hubmagnet in einer stabilen Endlage „a" im Längsschnitt,
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2 eine
Feldliniendarstellung des Hubmagneten nach 1 bei ausgeschalteten Spulen 22, 32 in
Endlage „a" mit resultierender
Kraftwirkung F in Richtung der Endlage „a",
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3 eine
Feldliniendarstellung des Hubmagneten nach 1 bei eingeschalteter Spule 22 und
ausgeschalteter Spule
32 in Endlage „a" mit resultierender Kraftwirkung F in
Richtung der Endlage „b",
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4 eine
Feldliniendarstellung des Hubmagneten nach 1 bei eingeschalteten Spulen 22, 32 in
Endlage „a" mit verstärkter resultierender Kraftwirkung
F in Richtung der Endlage „b",
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5 eine
Feldliniendarstellung des Hubmagneten nach 1 bei eingeschalteten Spulen 22, 32 in
Endlage „b" mit verstärkter resultierender Kraftwirkung
F in Richtung der Endlage „a",
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6 ein
schematisches Schaltbild der Ansteuerschaltung des Hubmagneten nach 1,
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7 eine
Weiterbildung des Hubmagneten nach 1 mit
einem Magnetsystem und
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8 eine
Weiterbildung des Hubmagneten nach 1 mit
einem Gleitlager.
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Der in 1 im
Querschnitt dargestellte Hubmagnet besitzt eine nichtmagnetischen
Gehäusehülse 1 und
die Magnetsysteme 2 und 3, in welchen ein Anker 4 über ein Übertragungselement 41, im
weiteren als Stellstange 41 bezeichnet, gelagert ist. Die
Magnetsysteme 2 und 3 sind im Aufbau identisch.
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Das Magnetsystem 2 besteht
aus einer körperlos
gewickelten Spule 22, einem den magnetischen Fluss leitenden
Stator 21 und einem Gleitlager 23, in welchem
die Stellstange 41 und damit indirekt der Anker 4 gelagert
ist. Das Magnetsystem 3 besteht aus einer körperlos
gewickelten Spule 32, einem den magnetischen Fluss leitenden
Stator 31 und einem Gleitlager 33, in welchem
die Stellstange 41 auf der anderen Seite gelagert ist.
Die Stellstange 41 ist unmagnetisch und in den Gleitlagern 23, 33 gelagert.
Der ringförmige
Anker 4 besitzt eine Dauermagnetanordnung 44,
welche vorzugsweise als radial magnetisierter Ringmagnet aus NbFeB
ausgeführt ist,
zwei den magnetischen Fluss leitenden Ringe 42, 43 und
zwei nichtmagnetischen Dämpfungselemente 45, 46.
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Die Elemente Stator 21 und
Spule 22; Stator 31 und Spule 32; Hülse 1,
Stator 21 und Stator 31; Stellelement 41 und
Ring 42; Ring 42 und Dauermagnetanordnung 44;
Dauermagnetanordnung 44 und Ring 43; Dämpfungselement 45,
Ring 42, Ring 43 und Dauermagnet 44;
sowie Dämpfungselement 46, Ring 42,
Ring 43 und Dauermagnetanordnung 44 sind vorzugsweise
durch Kleben miteinander verbunden.
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Die weichmagnetischen Ringe 42, 43 konzentrieren
den magnetischen Fluss. Zwischen den Ringen 42, 43 und
der Dauermagnetanordnung 44 besteht ein Spalt, der minimiert
wird, indem die Ringe 42, 43 in axialer Richtung
geschlitzt und so beschaffen sind, dass die Ringe 42, 43 durch
ihre Federwirkung eng an der Dauermagnetanordnung 44 anliegen.
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Die Gehäusehülse 1 und das Stellelement 41 sind
aus nichtmagnetischem Material, was zu einem großen magnetischen Widerstand
führt,
und reduzieren somit die Streuflüsse
zum offenen Magnetsystem 3.
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Wegen des zeitlich begrenzten Stromimpulses
werden die Spulen 22, 32 übererregt und müssen nicht
für Dauerbetrieb
(100% ED) ausgelegt sein. Dadurch ergeben sich deutlich kleinere
und leichtere Spulen 22, 32.
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Der Hubmagnet muss so dimensioniert
sein, dass dieser an die zu bewegende Last angepasst ist. Entsprechend ändern sich
Masse, Volumen und die Schaltzeiten des Hubmagneten.
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Die Dämpfungselmente 45, 46 dienen
dazu, die Haltekraft des Hubmagneten zu verringern und den Aufprallimpuls
zu dämpfen.
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Für
die 2 bis 5 ist der Hubmagnet nur
im Halbschnitt dargestellt und es sind nur die Komponenten Stator 21,
Spule 22, Stator 31, Spule 32, Ring 42,
Ring 43 und Dauermagnetanordnung 44 eingezeichnet,
die für
den Magnetkreis von Bedeutung sind. Als Grundlage für die Feldlinienbilder
dient der Hubmagnet aus 1 mit
seinem Anker 4.
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Im unbestromten Zustand nach 2 befindet sich der Anker 4 des
Hubmagneten in der einen Endlage „a", wie sie zum Beispiel in 1 eingezeichnet ist. Die
Dauermagnetanordnung 44 des Ankers 4 erzeugt einen
magnetischen Fluss, der zum größten Teil über den
Stator 21 zur Dauermagnetanordnung 44 wieder zurück fließt und dadurch
den Anker 4 mit einer Kraftwirkung in dieser Endlage festhält. Ein
sehr geringer magnetischer Fluss erstreckt sich über den Stator 31.
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Ein geeigneter Stromimpuls erzeugt
in der Spule 22 einen magnetischen Fluss gleicher Größe, siehe 3, der dem magnetischen
Fluss der Dauermagnetanordnung 44 entgegengerichtet ist
und diesen sowie die Haltekraft des Ankers 4 fast vollständig kompensiert.
Herrührend
von der Dauermagnetanordnung 44 wird der magnetische Fluss über den
Stator 31 dadurch verstärkt.
Gleichzeitig erregt der Stromimpuls auch die Spule 32 derart,
siehe
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4,
dass ein magnetischer Fluss erzeugt wird, der dem magnetischen Fluss
der Dauermagnetanordnung 44 gleichgerichtet überlagert
ist. Es wird so eine Kraftwirkung F auf den Anker 4 ausgeübt, dass
dieser in die zweite Endlage „b" (siehe 1) bewegt wird. Nur durch
den magnetischen Fluss des Dauermagneten 44 wird der Anker
in der zweiten Endlage „b" festgehalten. Ein
Schalten in die erste Endlage „a" erfolgt nach dem
eben beschriebenen Prinzip und wird erreicht, indem ein Stromimpuls
von umgekehrter Polarität
in die Spulen 22 und 32 eingespeist wird (siehe 5).
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In 2 ist
das magnetische Feld dargestellt, wie es sich bei ausgeschalteten
Spulen 22, 32 und in 4 bei einge schalteten Spulen 22, 32 ergibt,
ohne dass der Anker 4 schon in die andere Endlage „b" bewegt ist.
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Die Darstellung nach 3 soll lediglich zeigen, dass die Umschaltkraft
bei eingeschalteter Spule 22 und ausgeschalteter Spule 32 geringer
ist, als wenn beide Spulen 22, 32 eingeschaltet
sind. Allerdings reicht selbst in diesem Fall die Kraft zum Umschalten
des Magneten aus.
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Die Ansteuerschaltung, die in 6 schematisch dargestellt
ist, besteht aus einem Energiespeicher 7, der über einen
Schalter mit der Schalterstellung S1 niederohmig an die Spannungsquelle U
angekoppelt ist. In Reihe zum Energiespeicher 7 sind die
Spulen 22, 32 angeordnet, durch die beim Aufladen
des Energiespeichers 7 ein Ladestrom bzw. Stromimpuls fließt. Der
Stromimpuls löst
einen Schaltvorgang aus. Beide Spulen 22, 32 können sowohl
in Reihe als auch parallel miteinander verschaltet sein, so dass
die gewünschte
Kraftwirkung erzeugt wird.
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Ein weiterer Schaltvorgang wird ausgelöst, indem
der Schalter in die Stellung S2 umgelegt wird. Der Energiespeicher 7 entlädt sich
in Form eines Stromimpulses über
die Spulen 22, 32. Dabei kehrt sich die Polarität an den
Spulen 22, 32 um und der Anker wird in die erste
Endlage geschaltet.
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Soll die für manche Zwecke unerwünschte hohe
Belastung der Spannungsquelle durch den anfänglich sehr hohen Ladestrom
des Energiespeichers 7 vermieden werden, kann die Ladung
des Energiespeichers 7 getrennt von der eigentlichen Steuerung
des Hubmagneten ausgeführt
und mit einer Strombegrenzung versehen werden. Der Hubmagnet wird
dann in einer üblichen
H-Brückenschaltung
angeordnet und mit dem Energiespeicher 7 verbunden. Durch
eine entsprechende Ansteuerung der H-Brücke kann die Stromrichtung
durch den Hubmagnet gewählt
werden.
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Weitere Ausgestaltungsbeispiele illustriert die 7. Es ist ein Hubmagnet
dargestellt, der nur ein Magnetsystem 2 und eine Feder 5 sowie
ein Gehäusetopf 6 benötigt. Je
nach Dimensionierung der Feder 5 ergibt sich ein mono-
oder ein bistabiler Hubmagnet.
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Der Anker 4 wird über das
Gleitlager 23 im Magnetsystem 2 und über ein
Gleitlager 33 im nichtmagnetischen Gehäusetopf 6 geführt. In
der in 7 dargestellten
Endlage „a" wird der Anker 2 durch
die Dauermagnetanordnung 44 gehalten. Ein Schalten ist
möglich,
indem ein Stromimpuls in die Spule 22 eingeleitet wird,
der den magnetischen Fluss der Dauermagnetanordnung 44 kompensiert.
Die vorgespannte Feder 5 bewegt den Anker 4 in
die zweite Endlage „b". Ist nun die Federkraft
größer als
die Anzugskraft des Ankers 4 zum Magnetsystem 2 bei
unbestromter Spule, verharrt der Anker 4 in der zweiten Endlage „b" Bauerhaft, bis dieser
durch einen Stromimpuls von umgekehrter Polarität wieder in die erste Endlage „a" bewegt wird. Der
Hubmagnet ist bistabil.
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Wenn aber die Federkraft in der Endlage „b" kleiner als die
Anzugskraft der Dauermagnetanordnung 44 ist, so fällt der
Anker 4 bei unbestromter Spule 22 in die stabile
Endlage „a" zurück. Mit
Hilfe der Bestromung der Spule 22 kann die Aufenthaltsdauer
des Ankers in der Endlage „b" eingestellt werden.
Dafür reicht
ein geringerer Strom als zur Einleitung des Umschaltprozesses aus,
wodurch die thermische Belastung des Hubmagneten gesenkt wird. Es
existiert nur die eine stabile Endlage „a" . Die Endlage „b" ist nicht stabil und wird nur bei bestromter
Erregerwicklung der Spule 22 eingenommen. Der beschriebene
Hubmagnet verhält
sich also monostabil, wie übliche
elektromagnetische Hubmagnete ohne Permanentmagnete.
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In 8 ist
eine Weiterbildung des Hubmagneten dargestellt, indem der Anker 4 nur
durch ein einziges Gleitlager 34 geführt wird. Dadurch verringert
sich der Aufwand und es ergeben sich Vereinfachungen in Fertigung
und Montage.