DE3323370A1

DE3323370A1 - Impulsgesteuerte hubmagnetantriebe

Info

Publication number: DE3323370A1
Application number: DE19833323370
Authority: DE
Inventors: Cornelius Dipl Ing Lungu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1985-01-17

Description

".HÄibmagnetantriebe

Die Erfindung betrifft eine Bauform impulsgesteuerter Hubmagnetantriebe ,■ die bei kleinen Abmessungen die Vor-• teile einer hohen Antriebsleistung bei hoTiem Wirkungsgrad mit dem Vorteil einer kurzen Ansprechzeit vereinigt, wobei in angezogenem Zustand der Hubanker stromlos von einem Permanentmagneten festgehalten wird.

In Kombination mit geeigneten Impulsschaltungen, die in einer Zusatzanmeldung beschrieben werden, ist es möglich, das Verhalten von 1OO,'> SD Magneten nachzuvollziehen bei mindestens dem Zehnfachen der Arbeitsleistung - bezogen auf das Antriebssewicht.

Nach dem heutigen Stand der Technik sind verschiedene Magnetbauformen bekannt, darunter auch "Tauchankerimpulshaftmagnete',' bei denen der Anker über elektrische Impulse angezogen bzw. losgelassen wird, wobei das Festhalten in angezogener Stellung über einen Permanentmagneten erfolgt. Diese insbesondere bei Haftrelais bzw. Fiagnetventilen eingesetzten Magnete sind jedoch bezüglich des elektrischen bzw. permanentmagnetischen Teils so bemessen, daß deren Leistungen die Leistungsgrenze der Magnete für Kurzbetrieb nicht übertreffen (auf dasr Antriebsgewicht bezogen), insbesondere weil die permanentmagnetische Haftvorrichtung den Antrieb zusätzlich erschwert.

Beruhend auf der Erkenntnis, daß durch außergewöhnlich kurze leistungsstarke Impulse, die mittels eines kleinen und leichten Antriebs in mechanische'Arbeit umgewandelt werden, ist es feöglich, nicht nur die Arbeitsleistung zu erhöhen und die Ansprechzeiten zu verkürzen, sondern auch gleichzeitig entgegen einer verbreiteten Annahme auch die Wirkungsgrade zu verbessern. Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Magnetbauform mit konkreten, deutlich überlegenen Leistungsmerkmalem vorzuschlagen, die den o.g. Annahmen gerecht wird.

Der Erhöhung der Wirkungsgrade fällt in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung zu, weil hier ersichtlich.wird, daß durch die erfolgte Verringerung der Verlustleistung die Erwärmung des Antriebes geringer wird, was im Endeffekt kleine Abmessungen zuläßt.

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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird däiiurch erreicht, daß in Abhängigkeit von Hübkraft- bzw. SsiblLange dem Magnetantrieb gegenüber anderen Magnetsystemen außergewöhnlich kleine Abmessungen zugrundegelegt werden₉ was zu der unten beschriebenen Bauform nahezu zwingt, wobei die elektro- bzw. permanentmagnetischen Gegebenheiten mit Rücksicht auf die technologischen Möglichkeiten optimal ausgenützt werden.

Das Erreichen der erfindungsgersäß angegebenen Wirkungsgrade bzw. einer möglichst kleinen Verlustenergie zwingt dazu, daß die elektrischen Anzugsimpulse unmittelbar nach den während ■ der begrenzten Ansprechzeit erfolgten Anzug des Ankers aufhören, was vorzugsweise mit elektronischen Mitteln erreich- bar ist.

Um diesen Leistungsansprüchen gerecht zu werden, wird von einer großen Hublänge von zirka 50 bis 75/^ der Spulenlänge ausgegeangen bei einem Wicklungsvolumen (d.lr. der von der Wicklung beanspruchte Raum), das 1 bis 4 mal größer ist als das Spulenbohrungsvolumen.

Dadurch ist die Spule verhältnismäßig klein, d.h. bei einer korrekten Bemessung der spulenumringenden weichmagnetischen Jochteile sind diese ausgesprochen .kurz und dadurch verlustarm, schnell magnetisierbar und leicht.

Das Erreichen einer Mindestluftspaltinduktion von 0,8T ab Anfang des langen Ankerhubes führt zwingend zu hohen Impulsstromstärken, die nur bei einem sehr geringen Ohmschen Widerstand der Spule erfolgen können. Die sich so ergebenden Wickeldrahtquerschnitte in Zusammenhang mit dem kleinen Spulenvolumen lassen nur eine relativ geringe Windungszahl zu, die eben dazu führt_s daß das System Spule-Joch-Anker sehr kurze Induktionsaufbau- bzw. Ankeranzugszeiten zuläßt, die gestatten, daß die Leistungsaufnahmedauer (Anzugsimpulsenergie) klein gehalten wird. Mechanisch gesehen kommt diesen Torgängen die Tatsache entgegen, daß der Tauchanker leicht, also heitsarm bzw. erschütterungsunempfindlich ist.

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BAD ORIGINAL

Die fachgerechte Ausführung dieser Bemessungegrundlagen in eine konstruktive Form , wie unten "beschrieben, führt zu Antriebsleistungen, die diejenigen der 100$ BD Gleichstrommagnete bis um das 5Ofache übersteigen oder führt zu Antriebsgewichten, die 50mal kleiner sind als die Antriebskrai bei Hublängen, die bis zur Hälfte der Antriebslänge betragen.

Dadurch kommt es vor (gleiche Antriebsleistung vorausgesetzt daß das gesamte"-Antriebsgewicht dieser Erfindung kleiner ist als'das Ankergewicht bei anderen Impulshaftmagneten. Die •'rrundform dieser inipuls ge st euer ten Hubmagnetant riebe ist in der Abb. 1 dargestellt.

Die dynamische Hubkraftkennlinie dieser Magnete kann mit Hilfe der: Stromanstiegsrate des Anzugsimpulses in gewissen Grenzen geändert werden, was in einer Zusatzanmeldung näher erläutert wird.

Die Abb.1 stellt einen Tauchankermagneten mit permanentinagnetischer Pesthaltevorrichtung für die 'eingetauchte Stellung des Ankers dar. Demnach ist ein solcher Hubmagnet aus der Spule 1 mit dem Spulentragkörper 2, dem Tauchanker 3, dem Permanentmagneten 4, dem Außenmantel5, dem Polstück6 und den Pol- und Schließstück 7 gebildet. Eine nichtmagnetische Betätigungsstange 8 kann für die Übertragung der Bewegung an_ gebracht werden. Wenn an der Spule 1 ein Stromimpuls ausreichend'er Dauer und Stärke appliziert wird, sodaß das in der Spule sich befindende Ende des Tauchankers gegensinnig des Polstückes 6 (also hier Süd) magnetisiert wird, wird der Anker 3 angezogen, sodaß dessen Stirnflächen a und b mit dei entsprechenden Flächen a' des Polstückes β bzw. b' des Außei mantels 5 in Berührung kommen. In dieser Lage schließt sich der magnetische Kreis der gestrichelten Linie nach vom Nord· pol des Permanentmagneten 4 über das Polstück 6, die Polstücl Ankeroberfläche a¹ -a, den Anker 3, die Anker- Außenmantel

JjiuftSpaltfläche b -V, den Außenmantel 5 und die Pol-und .

■^'Schließflache 7 zu dem Südpol des Magneten 4. Es ist ersichtlich, daß dieser magnetische Kreis nach Beendigung des Betätigungsimpulses praktisch luftspaltlos ist, soda!? auch bei geringer Dicke des Kagneten 4 an den Oberflächen a und 1 eine hohe Induktion vorhanden ist. Der Permanentmagnet ^

BAD ORIGINAL,

und die Oberflächen §c und b sind so bemessen, damit diese Induktion in angezogenem Zustand des Ankers 3 annähernd gleiohe Werte wie die mittlere luftspaltinduktion während - dessen Anzugsphase erreicht. Die Oberflächen a-a^f bzw. b-b', die am Hubende in Berührung miteinander kommen, sind annähernd gleich groß und beziffern sich auf 0,4- 1 des Querschnittes des zylindrischen, in die Spule eintauchenden Teils des Ankers 3. Diese'Anordnung der Oberflächen a und b ermöglicht eine doppelte Hutzung des von dem Permanentmagneten 4 hervorgerufenen magnetischen FIuSes und damit praktisch eine Verdoppelung der permanentnagnetischen Haltekraft, die aufgrund der oben erv.'ähnfen Querschnittsverhältnisse im allgemeinen die Anzugskraft wesentlich übertrifft. TJm zu ver-. meiden, daß in angezogenem Zustand des Ankers 3 ein Teil des magnetischen Flusses radial wirkungslos zum Außenmantel 5 fließt, wird unter der Oberfläche b der"Querschnitt des Ankers - red\aziert. Hingegen entsteht so während der Anzugsphase des Ankers 3 radial praktisch kein Luftspalt und dadurch wird Bine verlustarme Überleitung des magnetischen Flusses gewährleistet -Eine andere Gestaltung der Oberflächen a und b, bzw. der verschiedenen Magnetfeldleitkörpern 3,5»6,7, wie des Querschnittes des Ankers ist möglich, aber aus fertigungstechnischen Gründen schwieriger. Aus magnetischen bzw. mechanischen . (Verteilung der restlichen Aufprallenergie des Ankers 3 auf die Oberflächen a und b ) Überlegungen heraus muß man die Luftspalte a-a' bzw. b-b' gleichzeitig möglichst gering halten. Das würde im allgemeinen zu sehr engen Toleranzen aller mechanischer Teile führen, was zu vermeiden gilt. Es ist aus der A.bb.1 ersichtlich, daß durch eine axiale Verschiebung des Pol- und Schließstückes 7 gegenüber dem Außenmantel 5 alle Magnetfeldleitkörper 3»5,6,7 und der Permanentmagnet 4 in axiale Berührung miteinander gebracht werden können. Befestigt man jetzt in dieser Stellung durch ein beliebiges technologisches Verfahren die Teile 4,5,6 und 7 miteinander, so ergeben sich für die Oberflächen a-a' und b-b' theoretisch keine Luftspalten, also ein für die Praxis er- ' reichbares Optimum. Diese Bauform ist für die Anwendung hoch-

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koerzitiver magnetischer Werkstoffe mit verhältnismäßig geringer Remanenzinduktion (insbesondere Perriten) zugeschnitt Dafür (ohne die Anwendung anderer Magnetwerkstoffe auszuschließen) wird in dieser Bauform Rücksicht auf die Gegebenheiten ferritischer Magnetwerkstoffe genommen. Deswegen können in dieser Anordnung Platten- bzw. flachringförmige Magnete angewendet werden, die in Großserie auch für andere Zwecke (lautsprecher usw.) hergestellt werden. Für nen Klein .Serienbau solcher Magnete kann dieses ein entscheidendes Argum ent sein. Um die notwendig? iSrschutteriingsier.jfi·-'"lichkeit ■des ganzen Antriebe? zn gewährleisten, ist es '(auch mit Rück sieht auf die Sprödigxeit der ferritischen Peruanertmagneten fast unumgänglich, den ganzer. Antrieb mit einer· Oießhara- zu füllen, jedoch unter Gewährung einer Bewegungsfreiheit für den Anker 3 · Das Sießharzfv.llungsverfahren ermöglicht auch eine andere Anpassungsart für die Luftspalten a-a' bzw. b-b¹ im Falle einer vorgegebenen Stellung zwischen dem hantel 5 udem Pol- und Sc^- ließstück 7. 3s wird bei der Bemessung der Toleranzkette so verfahren, damit bei einer spiellosen Schli ßung der Oberflächen a-a¹ bzw. b-b' die Summe aller län-jstoleranzen über einen Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten und dem Kagnetfeldleitkörper 7 sich ausgleicht. Bei der Gieß· harzfüllung wird dieser Raum gefüllt, sodaß eine mechanische Befestigung der Antriebsteile erfolgt. Durch die verhältnismäßig geringe Induktion an dieser Stelle sind die magnetische Verluste dementsprechend gering. Das Bestreben nach einem möglichst hohen Wirkungsgrad des Hubmagneten (als Verhältnis der mechanisch nutzbaren Energie gegenüber der Energie der Betätigungsimpulse) setzt voraus, daß eine hohe Betätigungsgeschwindigkeit erreicht wird. So wird bei gleicher Stromaufnahme der Betätigungsimpuls kurz gehalten, damit die Energie· aufnaheme möglichst gering bleibt, was. außerdem die Erwärmung des Antriebes reduziert. Durch die schnelle Bewegung des Ank* in dem magnetischen Feld des Iaiftspaltes wird außerdem der Stromanstieg verringert. Die hohe Betätigungsgeschwindigkeit könnte aber im Anschlui? an beträchtliche von dem Anker zu bewegende Massen zu unerwünschten Beschleunigung- brw. Bremsv unc A^all.ner.ie, führen.

Um dies zu vermeiden_ffkann der Anker 3 gemäß .Abb.2 "©Angesetzt werden, der eine 'Ausgleichsvorrichtung beinhaltet. Der./Abb.2 nach weist der Tauchankerkörper 5 eine äußere Form wie der Tauchanker 3 nach Abb.1 mit den gleichen magnetischen Eigen- -. schäften bzw. Punktionen auf. Die Abtriebsstange' 8 ist aber diesmal nicht starr an den Tauchankerkörper 3 gebunden, ·· sondern wird in einem zylindrischen Loch im Inneren dessen '^: fortgeführt. Das Endstück 9 der Abtriebsstange 8 ist ringförmig ausgebildet und wird als Auflagefläche für eine Feder dienen. Das andere 2nde der Feder 10 stützt sich auf eine mit dem Tauchankerkörper 3 starr verbunden Scheibe 11 , die eine Durchgangsöffnung für die Abtriebsstange 8 aufweist. Sollte die Stange 8 an eine sich langsam bewegende Vorrichtung angeschlossen sein, so wird im Falle eines schnellen Anzugs des Ankerkörpers 3 die von dieser erzeugten Bewegungsenergie zunächst durch die Komprimierung der Feder 10 gespeichert. Im angezogenen Zustand des Ankerkörpers 3 kann dann die von der Feder 10 gespeicherte Energie langsam an die Abtriebs-·, stange 8 weitergegeben werden, bis die ursprüngliche gegenseitige (durchgezeichnete) Lage zwischen der Abtriebsstange 8 und dem Tauchankerkörper 3 wieder hergestellt ist. Durch das plötzliche Loslassen des Tauchankerkörpers 3 (z.B. Steuerung durch Rückfallimpuls) oder der Abtriebsstange 8, kann es vorkommen, daß die gesamte in der Feder 10 eingespeicherte Energie in Aufprallenergie umgewandelt wird. Es könnte zu einer Beschädigung der Teile 3,9 und 8 führen. Um das zu vermeiden wird das Endstück 9 der Stange 8 kolbenartig ausgebildet, sodaß dieser gegenüber der zylindrischen Innenfläche des Tauchankerkörpers 3 eine abdichtende Funktion erfüllt. Bei einer schnellen Bewegung des kolbenartigen Endstückes 9 in Richtung des Bodens des Tauchankerkörpers 3 entflieht die in diesem Raum sich befindende Luft durch seitliche Löcher Diesen wird allmählich ihre Wirkung als Luftauslässe durch das Vorbeifahren des kolbenartigen Endstückes 9 entzogen. Die Löcher 12 werden in ihrer Anzahl und Abmessung derart ausgeführt, damit die Drosselung der von unten dem Kolben 9 entflieher.de Luftmenge eine Dämpfungswirkun^erreicht wird.

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In ähnlicher Weiee kann Dämpfungswirkung zwischen dem Tauchankerkörper 3 und dem Spulenkörper 2 erzielt werden. Nach dem Anzug des Tauchankerkörpers 3 weist die an die Abtriebsstange 8 abzunehmende Kraft eine hubabhängige Kennlinie auf, die der Kennlinie der Feder 10 entspricht. Durch Auswahl \ bzw. Vorspannung dieser Feder kann also den Umständen ent- ·' sprechend die Kennlinie des Kagnetantriebes angepaßt werden. Die Abb.3 zeigt eine anwendungsbezo-ene Form des Hubmagneten nach Abb.1 als Verriegelun3sma.gr.et. Der Tauchanker 3 ist en sprechend als Riegelglied ausgebildet und seine Verriegelung funktion findet unter "dem Druck einer Feder 13 statt. Aus Sicherheitsgründen ist es oft erforderlich, daß das Riegelglied nicht durch äußere Einwirkung zurückgedrängt werden kann. Dementsprechend ist er gemäß vorliegender Erfindung durch eine L-förmige Sperre 14 in seiner äußeren Lege blocki* Die L-förmige Sperre ist wie der als Riegel dienende Tauchanker 3 aus weichmagnetischem Material (Stahl) hergestellt. Wird an die Spule 1 ein Betätigungs(zug)impuls appliziert, so kommt zuerst die Sperre 14 dank ihrer geringen Trägheit und ihrer leichten Magnetisierbarkeit in Kontakt mit dem i Anker 3 (gestrichelt gezeichnete Stellung der Sperre 14). ~.^; In dieser Lage stimmt das obere Ende der Sperre 14, mit einer in dem Anker praktizierte Bohrung C, .die die Sperre 14 in ihrer ganzen Länge aufnehmen kann. In dieser gegenseitigen Lage der Teile 3 bzw. 14 ist der Anker 3 in seinem Hub nach unten nicht mehr gehindert, sodaß dieser die untere Lage erreichen kann (gestrichelt gezeichnet). Der Anker 3 bleibt unter der Einwirkung des Permanentmagneten 4 in der unteren Stellung bis dieser von einem Rückfal!impuls ausgelöst wird, was die oben erwähnte"Verriegelungswirkung unter Druck der Feder 13 in G-ang bringt. Die Sperre 14 bekommt bei der ausy gezogenen Stellung des Ankers 3 ihre ursprüngliche Blockierstellung. Das geschieht unter Einwirkung des Permanentmagneten 4, der über seinen Nordpol das waagrechte Teil der

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Sperre 14 magnetisiert, sodaß zwischen dieser und einem Teil ^:: des weichmagnetisehen Mantels 5 (yon den gleichen Permanent- "' magneten 4 als Südpol magnetisiert) Anziehungskräfte entstehen. Während der Abstoßphase des Ankers 3 wird dessen unteres' Teil als Nordpol aufmagnetisiert, sodaß zwischen dieser und dem senkrechten Teil der Sperre 14 Abstoßkräfte ent- ".· stehen. Dies ermöglicht, daß die Sperre 14 ihre Sperrstellung einnimmt. In seinem Hub nach außen ist der Anker'3 von einer nichtmagnetischen Stange 15 begrenzt. Diese kann · : Dämpfungsscheiben 16 tragen. Eine'nicht elektrische Betätigung des als Riegel wirkenden Ankers ist möglich, wenn die- -J Sperre 14 von seinem außenliegenden Ende d in die gestrichelt gezeichnete Stellung gebracht wird und gleichzeitig an das untere Ende der Stange 15 eine Zugwirkung ausgeübt wird. Die Polplatte 6 wird so gestaltet, damit diese eine Führungs-' und Lagerungsfunktion für die Sperre 14 ausübt. Die Magnete nach Abb. 1 bis 3 werden mit Impulsen betätigt, die durch die Entladung eines Kondensators bzw. elektronischer.;?Teuerung erzielt werden. Grundsätzlich sind drei Betriebsweisen möglmch., z.3. gemäß Abb.l; .·

Positiver Anzugsimpuls: Wird dieser appliziert, polarisiert sich das in der Spule sich befindende Ende des Tauchankers 3 entgegen dem obenliegenden Pol des Permanentmagneten 4. Der Tauchanker 3 bleibt an dem Polstück 6 haften, auch wenn an seinem äußeren Ende eine Zugkraft ausgeübt wird. Negativer Anzugsimpuls: Wird dieser appliziert, polarisiert sich das dem Spuleninneren gerichtete Ende des Tauchankers 3 gleichsinnig zu dem nach oben gerichteten Pol des Permanentmagneten 4. ,Durch die Stärke des Impulses wird der Anker_3 bis zum Anschlag mit der Polplatte 6 angezogen, was im Wesentlichen eine direkte Schließung des magnetischen Kreises zwischen der Polplatte 6 radial zu dem Außenmantel 5 voraussetzt. Der unter Einwirkung einer an seinem äußeren Ende wirkenden Zugkraft stehende Eauchanker 3 bleibt diesmal in dieser Stellung nicht haften. Diese Betriebsart : setzt eine ausreichende Dicke des Permanentmagneten 4 voraus, damit dieser nicht entmagnetisiert wird. * SAD ORIGINAL

, QOPY

.,," Rückfälliapuls: Dieser Impuls ..weist die gleiche Polarität

"VVW-. -Ψ'^: -,;'.. ^;>f^ie'-.Se^ negative Anzugsimpuls auf, jedoch eine wesentlich

'U Xir"XI'.·■-..'" geringere Stromstärke, sodaß in angezogenem Zustand des 1

- · '.■-■; .•v^i« ' '^:Ankers die von dem Permanentmagneten 4 verursachte Lüfte Ί

..:|.. ;-;ι.·· spaltinduktion geschwächt wird oder zumindest für kurze A

·*'"?£' ¹Y^ ^{: l} Zeit den Hullwert erreicht. Die hubabhängige Kraftkennlinißi

'.' .. -". · dieser Magnetantriebe kann durch kurse Da.uer dep Irrpuäses \

'.■_'■" ;.··.y.; ■ - praxisnah hur dynamisch aufgenommen v/erden und kann in ge- \

;'■■'·'^: .,·.· wissen Grenzen durch die Stromanstiegs- bzv/·. Stromabfall- \

'■■■ · ^r>.:-■':]. : rate ..des" An^ugsimpulses geändert werden. Um hohe Wir3:ungs- -_%

■■■'■'·.. .-V =-'""' - grade'zu erreichen ist ein annähernd linearer Verlauf vortei

: '< , .. haft. Die Magnete der Abb. 1 bis 3 stellen eine Bauform

■;■;■ ;■'.'.-;;, einer an und für sich bekannten Kombination zwischen

.;.'■■· -;.··■ Elektromagneten und Permanentmagneten dar. Die erfinderi-"

.. ' ■„■ sehen Kerlcmale sind vielmehr in der räumlichen Gestaltung

dieser Kubmagnete zu suchen, die auf einer Bemessung der

- -· ' ',. ■ elektromagnetischen Gegebenheiten beruht, die zu hohen

k:^-\: · Leistungen bzw. Wirkungsgraden führt. Um solche Hubmagnet-

.':■■£':■'-'·: ·'. antriebe zu kennzeichnen, werden zusätzlich zu den in Zu-

'..:';,;'■} ■·''■ . sammenhang mit der Abb. 1-3 stehenden Merkmalen die fol-

,; ^:-^K -,";':""*;. . genden leicht meß baren Merkmale aufgeführt, die gleich- 1

~:ß:rj} \■■■". zeitig, zu erfüllen sind: "_:

:'.,'^[;%'hl':'^: - Verhältnis zwischen dem Wicklungsraumvolumen und dem ι '■■■:■.'Vi^&Z] "■'■ ^: Spulenbohrungsvolumen 1 bis 4

-•/'^•Λ '■■"""■■ ~ Mndestluftspaltinduktion am Anfang des Hubes 0,8T

,;."_-··__.;';'.' - Eublänge-55 - 15? der Wicklungslänge

;■·■-' ' "■ - Wirkungsgrad als Verhältnis der Anzugsimpixlsenergie

·"■-' zur nutzbaren , mechanischen Arbeit, hubkraftabhängig ' ^:.;--.. /"V·". ^"t Richtwerten wie folgt:

BAD ORIQINAU GOPY

	Wi]	■'ΆΨ-- ----- rkungsgrad in %	> 3323370 Ansprechzeit ■in Sekunden. "
Hubkraft ·· in Newton		04- 2,2	0,002 - 0,01 T"
2	o,	08- 3	0,0025 - 0,015
5	1	- 4	0,004 - 0,02
10	2,	5-5	0,01 - 0,03
25	4	- 7	0,01 - 0,04
50	6	- 11	0,02 - 0,05
100	12	- 18	0,02 - 0,06
250	17	- 27	0,03 - 0,07
500	21	- 35	0,03 - 0,08
1 occ;	23	- 38	0,03-0,10
2 cc:

Die Vorteile der Erfindung liegen in der deutlichen Leistungssteigerung gegenüber herkömmlichen Magneten, wa.° z:x erheblichen Gewichts- bzw, Materialeinsparungen führt.

Durch diesen Leistungsvorteil können damit Magnetantriebe ersetzt werden, die um ein Vielfaches schwerer sind, so daß alleine die Materialeinsparung die Zusatzkosten für eine Impulseinheit wettmachen kann, von der' " Energieeinsparung und der Möglichkeit, eine einzige Impulseinheit mit mehreren Antrieben zu koppeln, abgesehen. Das schnelle Ansprechen und die zusätzlichen in dem Antrieb eingebauten Vorrichtungen können weitere Vorteile darstellen.

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- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

Impulsgesteuerte Hubmagnetantriebe, bestehend aus einer Spule, in der von einer Seite ein weichmagne-1;ischer Hubanker eintaucht und die an der anderen Seite Ton einer permanentmagnetischen Haftvorrichtung flankiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die permanentmagnetische Haftvorrichtung (4»6,7) aus einem flachen Permanentmagneten 4 mit axial gerichteter Magnetisierung besteht, an dem spulenseitig eine weichmagnetische fOlplatte 6 angebracht ist, so daß zwischen dieser Polplatte 6 und dem weichmagnetischen Außenmantel (Joch) 5 des Antriebes ein Luftspalt entsteht, der im Verhältnis zum Hub des Antriebes gering ist, jedoch in angezogenem Zustand des Tauchankers. 3 vernachlässigbare Flußverluste verursabht, durch die Erfüllung folgender Merkmale genauer gekennzeichnet:

- die Antriebsimpulse sind nicht wesentlich langer

als die Anzugszeit des Tauchankers

- die Anzugskraft des Ankers ab Hubanfang ist 10 bis

höher als das Antriebsgewicht

- Verhältnis zwischen dem Wicklungsvolumen und dem Spulenbohrungsvolumen 1-4

- Kindestluftspaltinduktion am Anfang des Hubes 0,82

- Hublänge 55.-75$ der Wicklungslänge

- Wirkungsgrad als Verhältnis der Anzugsimpulsenergie zur nutzbaren, mechanischen Arbeit, hubkräftabhängig mit Richtwerten wie folgt:

Hubkraft 0 Wirkungsgrad Ansprechzeit Sekunden (Newton) 0 in jo in - 0,01 2 1 ,04- 2,2 0,002 - 0,015 5 2 ,08- 3 0,0025 - 0,02 10 4 - 4 0,004 - 0,03 25 6 ,5 - 5 0,01 - 0,04 50 12 - 7 0,01 - 0,05 100 17 - 11 0,02 - 0,06 250 21 - 18 0,02 ■ - 0,07 500 23 - 27 0,03 · - 0,03 1 000 - 35 0,03 ■ - C,1'0 2 000 - 3? 0,03 · ¹ ORIGINAL BAD

Impulsgesteuerte'Hubmagn~etantrie*be "dem Anspruch 1 'nach mit einem I-förmigen Tauchanker 3 dadurch gekennzeichnet, daß unter -dem "breiteren Teil dieses Tauchankers eine ·: :- Querschnittsreduzierung des zylindrischen Sintauchteile. vorhanden ist, so daß die"radiale Übertragung des magnetischen Flusses während der Anzugsphase des Ankers 3 zwischen diesem und dem äußeren Mantel 5 verlustarm stattfindet, radiale Magnetflußübertragung, die dagegen . im angezogenen Zustand des Ankers 3 durch den zwischen diesem und der Durchjangsöffnung des Mantels 5 entstan- denen Ringluftspalt praktisch aufgehoben ist, wodurch dieses magnetische FluS'axial von dem breiteren Teil des Ankers 3 zu devi Außenmantel 5 verläuft.

Impulsgesteuerte Hubmagnetantriebe den Ansprüchen 1 und 2 nach dadurch gekennzeichnet, daß für die gleichzeitige Einhaltung gleichmäßiger und möglichst geringer Luftspalte zwischen dem Anker 3 einerseits und dem Außenmantel 5 und der Polplatte⁶andererseits eine luftspaltanpassung durch die axiale Verschiebung der Pölplatte 6 , des Permanentmagneten 4 und der Schließplatte 7 stattfindet, " nachdem diese Teile (4,6,7) starr mit dem Außenmantel 5 durch beliebige, technologische Verfahren verbunden werden.

Impulsgesteuerte Hubmagnetantriebe den Ansprüchen 1 und 2 nach dadurch gekennzeichnet, daß die Schließplatte 7 eine durch Konstruktion vorgegebene Stellung gegenüber dem Außenmantel 5 einnimmt, so daß nur die Polplatte 6 und der Permanentmagnet 4 einer axialen Anpassungsverschiebung unterworfen sind, und zwischen diesen und der Schließplatte 7 ein Anpassungsluftspalt niedriger Induktion entsteht, der mit einem Gießharz gefüllt werden kann.

Impulsgesteuerte Hubmagnetantriebe den Ansprüchen 1 biss nach dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Tauchankerkörpers 3 mindestens eine Feder 10 sich befindet, die elektromagnetisch erzielte Hubarbeit nach einer Verschiebung 7'.'.'iscre^v: der Abtriebsstange 8 und dem Tauchanker-

CÖPY

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körper 3 speichern kann und dafür sich mit dem einen Ende auf eine mit dem Tauchankerkörper 3 starr verbundene, gelochte Scheibe 11 stützt und a$ anderen Ende mit dem Endstück 9 einer Abtriebsstange 8 verbunden ist, Endstück da» gegenüber dem Tauchankerkörper eine abdichtende (Kolben-) Funktion ausübt, so daß die zwischen dem Endstück 9 der Abtriebsstange 8 und dem Boden der Tauchankerbohrung sich befindliche luft durch Löcher 12 entfliehen kann, so daß durch deren zweckmäßige Anordnung ein IDndlagendämpfun ^effekt er sielt wird.

6. Impulsgesteuerter Hubmagnetantrieb dem Anspruch 1 nach insbesondere als elektromagnetischer Riegel einsetzbar, - dadurch gekennzeichnet, daß ein vorwiegend als Riegelelenent einsetzbarer Hauptanker in stromlosem Zustand der Spule von einem schnell magnetisierbarer schneller reagierenden, durch die gleiche Spule betätigbaren Nebenanker in seiner Hubbewegung gehindert ist, so daß er von außen mechanisch nicht zurückgedrängt v/erden kann, Nebenanker, der bei Erregung der Spule schneller als der Hauptanker betätigt wird und dadurch den Sperreffekt gegenüber diesem aufhebt, so daß der Hauptanker seine funktionsnsßige Hubbewegung weiterhin ausführt.

Impulsgesteuerte Hubmagnetantriebe den Ansprüchen 1 und 6 nach dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptanker 3 in stromlosem Zustand der Spule 1 von einem L-förmigen sperrenden Nebenanker 14 in seiner Bewegung gehindert ist und daß bei ausreichender Erregung der Spule dieser Neben anker 14 radial schnell vom Kauptanker 3 angezogen wird, so daß er mit einer in den Hauptanker 3 praktizierten Boh. rung- C in Übereinstimmung kommt und er dadurch den Hauptanker 3 nicht mehr in seiner Hubbewegung hindert, so daß eine elektromagnetische Betätigung möglich wird, wobei der Nebenanker 14 von der Bohrung C des Hauptankers aufgenommen wird.

BADORiGlNAL

8, Impulsgeβteerte Hubmagnetantriebe den Ansprüchen 1 bis. 7 nach durch positive Anzugsimpulse bzw. negative Rückfallimpulse zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß diese für einen kurzzeitigen Anzug des Tauchankers 3 ohne Entmagnetisierungsgefahr für den Permanentmagneten 4 mit einem Impuls betätigt werden können, der die Polarität ; des Rückfallimpulses· aufweist sowie eine Stromstärke, die mit derjenigen des positiven Anzu^sirapulses vergleichbar ist. .

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