DE3518205A1

DE3518205A1 - Einrichtung zur anpassung der hub/kraft-wirkung eines elektromagneten an eine gewuenschte hub/kraft-wirkung

Info

Publication number: DE3518205A1
Application number: DE19853518205
Authority: DE
Inventors: Pavel Prof. Dr.-Ing. Lisvane Cardiff Drazan; Rudolf Dipl.-Ing. Schaffhausen Pavlovsky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-24
Filing date: 1985-05-21
Publication date: 1985-11-28
Also published as: GB2161025A; JPH0315808B2; FR2565026B1; GB8512146D0; CH664039A5; GB2161025B; US4602233A; FR2565026A1; JPS6163006A

Description

Dr.-Ing. Roland Liesegang Patentanwalt

- European Patent Attorney

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DIPL.-ING. RUDOLF PAVLOVSKY
Schaffhausen, Schweiz
P 069 01

Einrichtung zur Anpassung der Hub/Kraft-Wirkung eines Elektromagneten an eine gewünschte Hub/Kraft-Wirkung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Anpassung der Hub/Kraft-Wirkung eines Elektromagneten an eine gewünschte Hub/Kraft-Wirkung auf eine vom Elektromagneten zu betätigende Komponente, wobei zwischen dem Anker des Elektromagneten oder einem von diesem Anker betätigten Element und der zu betätigenden Komponente mindestens ein Hebelmechanismus angeordnet ist und wobei die Anpassung durch die Verschwenkung eines Hebels des Hebelmechanismus um einen von dem nahezu achsausgerichteten Anker - bzw. Element und der Komponentenachse beabstandeten Anschlag vom Beginn des Hubes der Komponente bewerkstelligt wird.

Die Hub/Kraft-Wirkung eines Elektromagneten ist ungünstig, da es einen beträchtlichen unterschied zwischen der kleinen Anfangs- und der großen Endkraft im Bereich des Hubes gibt.

Bei der Auslegung der Elektromagneten zum Betätigen von verschiedenen Komponenten, z. B. von Ventilen aller Art, von Sortierweichen, Schiebern, Klappen, Verriegelungen, von Komponenten der Handhabungstechnik u.a. stößt man immer auf das Problem der Losbrechkraft. Schon für die Überwindung der Haftreibung benötigt man oft um bis zu 100 % mehr Kraft. Dazu kommen noch weitere Einflüsse, wie ein Klemmen der zu betätigenden Komponenten, die temperaturabhängige Viskosität der Schmierstoffe, die Beschleunigungskräfte u. a.

Um diese zusätzlichen Widerstände zu überwinden, muß man bei der Auslegung der Elektromagnete für genügend Anfangskraft sorgen. Dies führt zur Oberdimensionierung der Elektromagnete, zu ihrer Verteuerung, zu mehr Stromverbrauch und Gewicht, weil die erhöhte Anfangskraft des Elektromagneten nur während eines Bruchteils des Gesamthubes der zu betätigenden Komponente genutzt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit welcher die erwähnten Nachteile eliminiert werden können.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Lehre des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Anhand der beigelegten Zeichnungen werden im folgenden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausgangslage eines vom Anker

eines Elektromagneten betätigten Elementes in Form eines Stoßbolzens, des Hebels und der zu betätigenden Komponente bei einem Kraftübersetzungsverhältnis von i>l;

Fig. 2 einen Hebel gemäß der Anordnung nach Fig. 1 in verdrehter Lage bei einem Kraftübersetzungsverhältnis von i=l;

Fig. 3 die Endlage des beidseitig abgestützten Hebels bei einem Kraftübersetzungsverhältnis von i<l;

- JiT -

Fig. 4 die Endlage eines Stoßbolzens und

des Hebels gemäß der Anordnung nach ».ig. 3 bei von der Gegenseite betätigter Komponente;

Fig. 5 eine Ausgangslage des Ankers, des

als Rosette ausgebildeten Hebels und der zu betätigenden Komponente;

Fig. 6 bis 8 die Hub/Kraft-Wirkung des Elektromagneten auf die zu betätigende Komponente gemäß den Anordnungen nach den Fig. 1 bis 5, z. B. bei einem Ventilschieber;

Fig.1-5, z.B. bei einem Ventilschieber.

Fig.9 - eine Ausgangslage des Elementes in Form einer Stoss-Stange mit einem Absatz, die Hebel der Rosette und die zu betätigende Komponente bei einem Kraftüber-Setzungsverhältnis von /C>1, z.B. bei einem StosselektroEagneten.

Fig.10 - die Hebel der Rosette gemäss der Anordnung nach Fig.9 in verdrehter Lage.

Fig. 11 - die Hebel der Rosette geinäss der Anordnung nach Fig. 10 in verschobener Lage.

Fig.12 - eine Ausgangslage des Elementes in Form einer Zug-Stange mit einem Mitnehmer, die Hebel der Rosette und die zu betätigende Komponente bei einem Kraftübersetzungsverhältnis von^>-l, z.B. bei einem Zugelektromagneten»

Fig.13 - die Weg/Kraft-Wirkung des Elektromagneten auf die zu betätigende Komponente gemäss den Fig.9 bis 12.

Fig.IA - den Schnitt A-A von Fig.9

Fig.15 - den Schnitt B-B von Fig.12

•Fig.16 - den Schnitt C-C von Fig.3

In den Fig. 1-3 ist die einfachste_t Ausführung der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt. Ein Hebel 2 ist zwischen dem vom Anker des Elektromagnetenjbetätigten Stoss-Bolzen 3 und der zu betätigenden Komponente 1 angeordnet. Der Hebel 2 berührt den Stoss-Bolzen 3 im Stützpunkt 5 und die Komponente 1 im Stützpunkt 4·· Weil sich das stützende Ende 10 des Hebels 2 an einem der Stoss-Bolzenachse 6a und der Komponentenachse 6b beabstandeten Anschlag 9 abstützt, wirkt der Stoss-Bolzen 3 auf die Komponente 1 mit einem Kraftübersetzungsverhältnis von>C>l. Während des Hubes in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles sinkt der Wert des Kraftübersetzungsverhältnisses gemäss den Stützpunkten 11 auf λ- = 1 (Fig.2). Der Hebel 2 verändert dabei seine schräge Lage unter einem spitzen Winkel zur Komponentenachse 6b in eine nahezu senkrechte Lage. Dadurch erreicht man die Kraftanhebung auf die Komponente 1 gemäss Fig.6, wobei der Hub des Stoss-Bolzens 3 langer ist (AC), als der der Komponente 1 (BC). Die Bezeichnungen bedeuten : H = Hub,

F = Kraft. Falte keine Notwendigkeit einer weiteren Anpassung der Kraft des Elektromagneten an eine bestimmte Wirkung auf die Komponente 1 besteht, wird die Wirkung des Hebelmechanismus in Punkt C auf bekannte V/eise . durch Verschieben des Hebels 2 in der Führung 12 ausgeschaltet. Die maximale Kraft auf die Komponente 1 wird am Hubende in Punkt D erreicht. Falls eine weitere Anpassung gewünscht ist, muss der Anschlag beidseits stützend ausgebildet sein (Fig-3). Durch die weitere Verschiebung des Stoss-Bolzens 3 in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles ändert sich das Kraftübersetzungsverhältnis von Punkt C ab gemäss der Lage der Stützpunkte 8, 7 vom Wert Λ* - 1 auf den Wert von si< 1- Dadurch ist es möglich, die oft nicht nutzbare Kraftspitze des Elektromagneten zu unterdrücken und eine Weg/Kraft-Wirkung nach Fig.7 zu erreichen. Dabei können die Hübe des Stoss-Bolzens 3 und der Komponente 1 gleich gross sein. Die maximale Kraft auf die Komponente 1 entspricht dem Punkt D. In Kombination mit der Wirkung nach Fig.6 erreicht man aie Weg/Kraft-Wirkung nach Fig.8, die eine optimale Anpassung der Wirkung des Elektromagneten, z.B. auf einen Ventilschieber, darstellt.

Um Querkräfte auf die zu betätigende Komponente 1 zu vermeiden, ist es vorteilhaft, mehrere Hebel 2 gleichmässig oder spiegelbildlich gemäss der KoEponentenachse 6b anzuordnen. Die einzelnen Hebel 2 können untereinander mit den Verbindungsteilen 16 verbunden sein» Es ist ferner vorteilhaft, die Hebel 2 und die Verbindungsteile 16, z.B. aus einem Federstahldraht, zu einer Rosette 16a auszubilden (Fig-3 und 16).

In Fig.5 ist die Anordnung einer solchen Rosette 16a im Hohlraum 25 zwischen dem Körper 13a des Elektromagneten 13 und dem Anker 3 dargestellt. Die Stirnfläche 26 des Ankers 3 ist gleich wie die Anschlagfläche 27 im Körper 13a kegelförmig ausgebildet, um den Luftspalt am Ende des Hubes des Ankers 3 nur auf den restlichen Hohlraum der Rosette 16a zwischen den Hebeln 2 zu beschränken.

In Fig.9 ist ein Beispiel der Anordnung der Einrichtung nach

dieser Erfindung bei einem Stosselektromagneten dargestellt.Im Elektromagneten 13 ist auf bekannte Weise ein Anker mit einer Stoss-Stange 3a in zwei Lagern 1Λ gelagert. Die Stoss-Stange 3a weist einen Absatz 15 auf. Die zu betätigende Komponente Ib in Form eines Stössels ist auf der Stoss-Stange 3a verschiebbar angeordnet. Zwischen dem Absatz 15 und dem Anschlag 9 im Gehäuse 19 ist die Rosette l6b (Fig.14-) angeordnet. Die Hebel 2 der Rosette 16b nehmen zur Komponentenachse 6b eine schräge Lage unter einem spitzen Winkel ein. Die einzelnen Hebel 2 berühren den Absatz 15 der Stoss-Stange 3a in den Stützpunkten 5 und den Bund 18 der Komponente Ib in den Stützpunkten Λ· Dadurch ergibt sich ein konstantes Kraftübersetzungsverhältnis νοη>ό>-1. Die Komponente Ib wird am Anfang des Hubes unter verstärkter Kraft verschoben(Fig.13a). Wenn die Hebel 2 die zur Komponentenachse 6b senkrechte Lage erreichen, wird die Wirkung des Hebelmechanismus ausgeschaltet.. (Fig.10). Der restliche Hub der Komponente Ib geschieht dann ab Punkt C unter der direkten Kraftwirkung des Elektromagneten 13 (Fig.11). Es wird z.B. bei einem Gesamthub des Elektromagneten 13 von 20mm der Gesamthub der Komponente Ib 17mm betragen, wenn die Kraft auf die Komponente Ib während der ersten 3mm des Hubes verdoppelt wird. In diesen 3mm muss man auch das Spiel der die Kraft übertragenden Glieder berücksichtigen, so dass die eigentliche Starthilfe auf nur etwa 2 - 2,5mm geschieht.

iBei einem Zugelektromagneten enthält der Bund 18 der Komponente Ic die den Hebeln 2 der Rosette 16c entsprechende Anzahl von Ausnehmungen 22 (Fig.15), durch welche die Arme 3d des auf der Zug-Stange 3b befestigten Mitnehmers 3c durchgeführt sind. Die Hebel 2 der Rosette 16c sind zum Abschnitt 6b' der Kompo-■nentenachse 6b, betrachtet vom Stützpunkt 5 der Arme 3d mit den Hebeln 2 in der Richtung der Bewegung der Komponente Ic, schräg unter einem spitzen Winkel angeordnet. Durch die Zugkraft der Arme 3d wird die Wirkung auf die Komponente Ic über die Hebel 2 der Rosette l6c mit einem Kraftübersetzungsverhältnis νοη^>·1 verstärkt. Ähnlich wie in Fig.10 und 11 wird die Wirkung des Hebelmechanismus nach dem Leisten der Starthilfe ausgeschaltet (Fig.13b).

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Bei Drehelektromagneten lässt sich die Starthilfe nach dieser Erfindung auch realisieren. Dabei üben das vom Anker des Elektromagneten betätigte Element, z.B. in Forin eines Nockens, der Hebel und die zu betätigende Komponente, z.B. eine auf der Welle des Ankers drehbar gelagerte Antriebswelle, die Schwenkbewegungen aus .

In Fig.16 ist die Rosette 16a für die Betätigung der Komponente 1 in Form eines Ventilschiebers dargestellt. Die Rosette l6a ist am Anschlag 9 in Form einer Rille 23 beidseitig abgestützt (Fig3).

Die Komponenten 1 - Ic müssen in ihre Ausgangslagen entweder mittels einer äusseren oder einer inneren Kraft, z.B. mit einer Feder 23, gebracht werden. Da nach Fig.13 die Kraftspitze des Elektromagneten nicht unterdrückt wird, lässt sie sich mit einer eingelegten Feder 24. vor dem Hubende abfangen (Fig. 11) und wieder als Starthilfe für die Rückwärtsbewegung nutzen.

Die Vorteile der Einrichtung nach dieser Erfindung sind die einfache und daher billige Ausführung. Die ungünstige Weg/ Kraft-Wirkung eines Elektromagneten lässt sich mittels der erfindungsgemässen Einrichtung an die gewünschte Wirkung auf die zu betätigende Komponente anpassen. Die Anordnung der Hebel 2 in Form einer Rosette l6a-c ist sehr vorteilhaft. Bei Schieberventilen ermöglicht die Rosette 16a die Kraftanhebung im Anfangsbereich des Hubes des Schiebers und zwar auch mit der im Endbereich des Hubes gewonnenen Arbeitsfläche (AF 1+AF3= AF 2, Fig.8). Die dabei erreichte Weg/Kraft-Anpassung verbessert wesentlich die Eingeschaften der elektromagnetischen Ventile und ermöglicht sogar die Senkung ihrer Leistungsaufnahme. Die Rosette 16a hat die Eigenschaft, dass sie beim Ventil mit der Mittelstellung des Schiebers dem von der Gegenseite umgeschalteten Schieber nach Fig.Λ nicht im Wege steht und dass die Rosette 16a dabei ihre ortsfeste Lage behält.

Die Lagerung der Komponente J^c auf dem Element 3a,b'ist bei kurzem Weg oder kleinem Drehwinkel während der Starthilfe bei den

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StosSr-Zug-und Drehelektromagneten vertretbar, weil für den restlichen relativ langen Hub oder grossen Drehwinkel die bisherigen meistens selbstschmierenden Lager 14- beibehalten werden. Die wirksame, 2-3 fache Erhöhung der Anfangskraftwirkung auf die Komponente 1-lc ermöglicht die Wahl von schwächeren, billigeren Elektromagneten mit weniger Stromverbrauch.

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Anpassung der Hub/Kraft-Wirkung eines Elektromagneten an eine gewünschte Hub/Kraft-Wirkung auf eine vom Elektromagneten zu betätigende Komponente, wobei zwischen dem Anker des Elektromagneten oder einem von diesem Anker betätigten Element und der zu betätigenden Komponente mindestens ein Hebelmechanismus angeordnet ist und wobei die Anpassung durch die Verdrehung eines Hebels des Hebelmechanismus um einen von dem nahezu achsausgerichteten Anker - bzw. Element - und der Komponentenachse beabstandeten Anschlag vom Beginn des Hubes der Komponente bewerkstelligt wird, dadurch gekennzeichnet, das beim Kraftübersetzungsverhältnis von i>l der Stützpunkt (5) des Hebels (2) am Anker bzw. Element (3,3a,3d) näher der Komponentenachse (6b,6b¹) als der Stützpunkt (4) des Hebels (2) an der Komponente (1,1a,Ib,Ic) liegt, und daß beim Kraftübersetzungsverhältnis von i<l der Stützpunkt (7) des Hebels (2) an der Komponente (1) näher der Komponentenachse (6b) als der Stützpunkt (8) des Hebels (2) am Anker bzw. Element (3) liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Hebel (2) beim Kraftübersetzungsverhältnis von i> 1 zur Komponentenachse (6b), bzw. zum Abschnitt (6b¹) der Komponentenachse (6b), betrachtet vom Stützpunkt (5) des Hebels (2) am Element (3) in der Richtung der Bewegung der Komponente (Ic) einen spitzen Winkel einnimmt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren,

bezüglich der Anker- bzw. Elementen- bzw. Komponentenachsen parallel oder spiegelbildlich angeordneten Hebeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (2) im Bereich der an den Anschlägen (9) sich stützenden Enden (10) mittels Verbindungsteilen(16) gekoppelt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (2) und die Verbindungsteile (16) die Form einer Rosette (16a-c) bilden.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rosette (16a-c) aus einem Draht besteht.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (9) für die Hebel (2), bzw. für die Rosette (16a) als eine Rille (21) ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (2) bzw. die Rosette (16a) im Hohlraum (25) zwischen der Anschlagfläche (27) des Körpers (13a) des Elektromagneten (13) und der Stirnfläche (26) des Ankers (3) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (3a,3b) und die Komponente (Ib,Ic) so angeordnet sind, daß die Achse (6a) des Elementes (3a, 3b) mit der Achse (6b) der Komponente (Ib,Ic) radial mindestens angenähert zusammenfällt, wobei der Hebel (2), bzw. die Rosette (16b,16c) zwischen

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einer radialen Flache, bzw. zwischen einem Absatz (15) des Elementes (3d,3a) und einer Stirnfläche (17) der Komponente (Ib), bzw. einem Bund (18) der Komponente (Ic) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (18) im Bereich der dem Elektromagneten (13) zugewandten Stirnfläche (17) der Komponente (Ib,Ic) angeordnet ist.