DE102008057738B4

DE102008057738B4 - Elektromagnet mit einstellbarem Nebenschlussluftspalt

Info

Publication number: DE102008057738B4
Application number: DE200810057738
Authority: DE
Inventors: Andreas Rimbrecht
Original assignee: Kendrion Magnettechnik GmbH
Current assignee: Kendrion (donaueschingen/engelswies) De GmbH
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2028-11-18
Also published as: DE102008057738A1

Abstract

Elektromagnet (1) mit einem weichmagnetischen Gehäuse (2), der zur Erzeugung eines ersten Magnetfeldes eine Erregerspule (3) und zur Erzeugung eines zweiten Magnetfeldes einen Permanentmagneten (7) sowie einen in der Erregerspule (3) zentrisch gelagerten, verschiebbaren Anker (4) aufweist, wobei der Permanentmagnet (7) im Gehäuse (2) derart angeordnet ist, dass sich das zweite Magnetfeld im Anker (4) dem ersten Magnetfeld überlagert,
dadurch gekennzeichnet, dass
– ein lageveränderbarer Magnetshunt (8) zur Bildung eines magnetischen Nebenschlusses für den Permanentmagneten (7) in dessen Nachbarschaft angeordnet ist, und
– der Magnetshunt (8) unter Ausbildung einer Luftspaltfläche (11) derart geformt ist, dass zwischen der Luftspaltfläche (11) und einer Innenfläche des Gehäuses (2) ein Nebenschlussluftspalt (9) gebildet wird, der durch eine Lageveränderung des Magnetshunts (8) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einem von einer Erregerspule erzeugten ersten Magnetfeld sowie einem von einem Permanentmagnet erzeugten zweiten Magnetfeld gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solcher Elektromagnet mit einer Erregerspule und einem Permanentmagneten ist als polarisierbarer, bistabiler Gleichstrom-Impulsmagnet mit zwei stabilen Hubstellungen aus der DE 298 03 511 U1 bekannt.
Ähnliche Elektromagnete sind in EP 0 294 481 A1 , DE 32 15 057 A1 und EP 1 788 591 A1 beschrieben.
Bei Bestromung der Erregerspule dieses Elektromagneten fährt ein Anker aus der ersten Hubstellung gegen die Federkraft einer Druckfeder in eine zweite Hubstellung, in der der Anker an einem Polkern annähernd flächenbündig anliegt und dabei die Druckfeder vorgespannt wird. Der Permanentmagnet ist auf der zum Anker abgewandten Seite des Polkernes so angeordnet, dass dessen Magnetfeld das Magnetfeld der Erregerspule bei dieser Bewegung des Ankers in die zweite Hubstellung unterstützt. Nach dem Abschalten des Stromes wird der Anker lediglich durch das Magnetfeld des Permanentmagneten in der zweiten Hubstellung gehalten.
Um bei diesem bekannten Elektromagneten den Anker aus der zweiten Hubstellung wieder in die erste Hubstellung zu bewegen, wird die Erregerspule in umgekehrter Richtung bestromt, so dass ein gegen das Permanentmagnetfeld gerichtetes Magnetfeld von der Erregerspule aufgebaut wird. Dabei wird das Magnetfeld des Permanentmagneten im Bereich der anliegenden Polflächen des Ankers und des Polkernes so geschwächt, dass die Rückstellkraft der Druckfeder ausreicht, um die Haftkraft des Ankers am Polkern zu überwinden und den Anker in die erste Hubstellung zu bewegen, wo er aufgrund einer verbleibenden Vorspannung der Druckfeder stabil gehalten wird.
Da bei diesem bekannten Elektromagneten der plattenförmig ausgebildete Permanentmagnet flächenbündig an dem Polkern anliegt, bildet dieser Polkern einen magnetischen Nebenschluss, mit der Folge, dass sich die Feldlinien nicht über das Gehäuse und den Anker schließen, sondern über den Polkern, und dies zu einer reduzierten Felddichte auf der Polfläche des Ankers führt. Um einen solchen Streufluss über den Polkern zu minimieren, also den magnetischen Widerstand über diesen Polkern zu erhöhen, erstreckt sich in einen Spalt zwischen dem äußeren Rand des Polkerns und der weichmagnetischen Gehäusewand ein an den Spulenkörper angeformter ringförmiger Fortsatz, wodurch gleichzeitig der Polkörper gegenüber dem Anker zentriert und fixiert wird. Da der Spulenkörper aus diamagnetischem Kunststoff besteht, stellt der Spalt für den Magnetfluss des Permanentmagnetfeldes einen hohen magnetischen Widerstand dar, infolge dessen der magnetische Fluss den Weg über das Gehäuse wegen dessen geringeren magnetischen Widerstandes nimmt und dadurch die Flussdichte im Anker zunimmt.
Bei der Fertigung eines solchen bekannten Elektromagneten tritt jedoch das Problem auf, dass aufgrund fertigungsbedingter Toleranzen die Haltekraft des Permanentmagneten sowohl bei nicht bestromter als auch bei bestromter Erregerspule eine große Streubreite aufweist, mit der Folge, dass der Permanentmagnet so ausgelegt werden muss, dass auch im ungünstigsten Fall einer Toleranz die erforderliche Haltekraft zur Verfügung steht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromagneten der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem fertigungsbedingte Toleranzen auf einfache Weise kompensiert werden können, um entweder geforderte Leistungsdaten des Elektromagneten genau einzuhalten oder einzelne Leistungsdaten zu optimieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Elektromagneten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ein solcher Elektromagnet mit einem neben dem üblichen von einer Erregerspule erzeugten Magnetfeld zusätzlichen von einem Permanentmagneten erzeugten Magnetfeld umfasst erfindungsgemäß einen lageveränderbaren Magnetshunt zur Bildung eines magnetischen Nebenschlusses für den Permanentmagneten, der in dessen Nachbarschaft angeordnet ist, und der unter Ausbildung einer Luftspaltfläche so geformt ist, dass zwischen derselben und einer Innenfläche des Gehäuse ein Nebenschlussluftspalt gebildet wird, der durch eine Lageveränderung dieses Magnetshunts einstellbar ist.
Damit es möglich, über die Breite des Nebenschlussluftspaltes den magnetischen Widerstand über diesen Magnetshunt einzustellen, wodurch die Flussdichte an der Polfläche und damit auch die auf dem Magnetfeld des Permanentmagneten beruhende Haltekraft am Anker bestimmt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Magnetshunt platten- oder scheibenförmig ausgebildet und ist zur Lageverschiebung senkrecht zur Längserstreckung des Ankers derart verschiebbar, dass der zwischen der auf einer Stirnfläche des Magnetshunts ausgebildeten Luftspaltfläche und einer dieser Luftspaltfläche in Verschiebungsrichtung gegenüberliegenden Innenfläche des Gehäuses entstehende Nebenschlussluftspalt einstellbar ist, also dessen Breite verändert werden kann. So kann bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Elektromagneten bspw. die Haltekraft in Abhängigkeit der Stellung des Magnetshunts bzw. des dadurch veränderten Nebenschlussluftspaltes die Haltekraft am Anker vermessen werden und darauf basierend diesen Nebenschlussluftspalt so einzustellen, dass ein gewünschter Sollwert mit möglichst geringer Abweichung erreicht wird.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Magnetshunt scheibenförmig ausgebildet und auf einer mit dem Anker verbundenen Druckachse zur Lageveränderung drehbar gelagert, wobei ein solcher scheibenförmige Magnetshunt mit einer auf dessen Stirnfläche ausgebildeten Luftspaltfläche derart ausgebildet ist, dass der durch Drehen des Magnetshunts zwischen dieser Luftspaltfläche und der dieser Luftspaltfläche gegenüberliegenden Gehäusewand entstehende Nebenschlussluftspalt einstellbar ist, also dessen Breite verändert werden kann. Auch bei dieser Weiterbildung der Erfindung kann bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Elektromagneten bspw. die Haltekraft in Abhängigkeit der Stellung des Magnetshunts bzw. des dadurch veränderten Nebenschlussluftspaltes die Haltekraft am Anker vermessen werden und darauf basierend diesen Nebenschlussluftspalt so einzustellen, dass ein gewünschter Sollwert mit möglichst geringer Abweichung erreicht wird.
Der besondere Vorteil eines solchen scheibenförmigen Magnetshunts mit einer derartig konturierten Stirnfläche liegt darin, dass der zur Einstellung der Breite des Nebenschlussluftspaltes zur Verfügung stehende Drehwinkelbereich eine sehr große Spreizung des Einstellbereichs darstellt und somit mit großer Genauigkeit eine Einstellung möglich ist.
Idealerweise kann bei dieser Weiterbildung der Erfindung der Magnetshunt mit einem Polkern ausgebildet ist. Vorzugsweise kann dabei eine zweiteilige Ausführung gewählt werden, wobei dann der Polkern und der Magnetshunt formschlüssig miteinander verbunden werden; daneben ist auch eine einstückige Ausführung verwendbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Permanentmagnet platten- oder scheibenförmig ausgebildet, wobei der Magnetshunt auf der zum Arbeitsluftspalt gerichteten Seite des Permanentmagneten angeordnet ist. Vorzugsweise liegt der Magnetshunt an dem Permanentmagnet flächenbündig an, jedoch bleibt der Magnetshunt gegenüber dem Permanentmagneten lageveränderbar. Aufgrund der direkten Nachbarschaft von Permanentmagnet und Magnetshunt wird der Magnetfluss des Permanentmagneten hauptsächlich über das Gehäuse und über den Magnetshunt geführt und damit ein Streufluss über andere mögliche Wege minimiert.
Vorzugsweise kann der Permanentmagnet auch ringförmig ausgebildet werden, um handelsübliche und damit kostengünstige Magnete in dem erfindungsgemäßen Elektromagnet einsetzen zu können.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung zeigt eine einfache und kostengünstige Lösung, um den Magnetshunt nach Herstellung des Elektromagneten in seiner Lage so zu verändern, dass die gewünschten Eigenschaften des Elektromagneten eingestellt werden können, um ihn anschließend in dieser Lage zu fixieren. Hierzu werden lediglich Einstellöffnungen im Gehäuse im Bereich des Nebenschlussluftspaltes derart eingebracht, dass über diese Einstellöffnungen der Magnetshunt mittels eines Hilfsmittels, beispielsweise eines durch diese Einstellöffnungen in den Nebenschlussluftspalt einführbaren Stiftes, lageveränderbar ist. Eine Fixierung gegenüber dem Gehäuse erfolgt beispielsweise mittels eines in den Nebenschlussluftspalt über die Einstellöffnungen eingebrachten Vergusses oder Klebstoffes.
Ferner ist in einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zwischen dem Anker und einer im Bereich des Polkernes liegenden Abstützfläche eine Druckfeder vorgesehen. Wird die Erregerspule bestromt und hierdurch der Anker aus seiner Hubanfangsstellung auf den Polkern zubewegt, ist bei Anliegen des Ankers an dem Polkern diese Druckfeder vorgespannt. Dabei ist der Nebenschlussluftspalt derart eingestellt, dass einerseits im unbestromten Zustand der Erregerspule der Anker von dem Permanentmagneten in dieser Position, also der Hubendstellung gehalten wird und andererseits bei einem definierten Druck auf die mit dem Anker verbundende Druckachse der Anker sich aus dieser Position löst und aufgrund der Vorspannung der Druckfeder der Anker in seine Hubanfangsstellung gedrückt wird. Mit der erfindungsgemäßen Einstellung des Nebenschluss luftspaltes lässt sich diese Sprungfunktion exakt einstellen, so dass bei einer vorgegebenen Hubstellung der Anker von der vorgespannten Druckfeder in die Hubanfangsstellung gedrückt wird.
Schließlich kann der erfindungsgemäße Elektromagnet mit einem U-förmigen Gehäuse aufgebaut sein, bestehend aus zwei Jochschenkel und einem Jochboden, wobei die beiden offenen Jochschenkel mittels einer Gehäuseplatte verbunden werden. Daneben können auch geschlossene, bspw. topfförmige Gehäuse mit Deckel eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Elektromagneten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung des Elektromagneten nach 1,
3 eine perspektivische Detailansicht aus 2,
4 eine axiale Längsschnittdarstellung des Elektromagneten nach 1 in Hubanfangsstellung des Ankers,
5 eine axiale Längsschnittdarstellung des Elektromagneten nach 1 in Hubendstellung des Ankers,
6 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines Elektromagneten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einem Anker in Hubendstellung,
7 eine axiale Längsschnittdarstellung des Elektromagneten nach 6 in Hubendstellung des Ankers, und
8 eine Schnittdarstellung des Elektromagneten gemäß Schnitt A-A nach 7.
Der Elektromagnet 1 nach 1 ist als Hubmagnet mit einer in einem weichmagnetischen Gehäuse 2 angeordneten zylindrischen Erregerspule 3 aufgebaut, wobei das Gehäuse 2 als U-förmiges Joch mit zwei Jochschenkeln 2a, einen diese verbindenden Jochboden 2c und einer die auf der offenen Seite des U-förmigen Joches verbindenden Gehäuseplatte 2c ausgebildet ist. Eine durch die Gehäuseplatte 2c geführte Druckachse 12 und eine über den Jochboden 2b hinausragende Zugachse 13 bilden eine Längsachse des Elektromagneten 1.
Die Lagerung und die Anbindung dieser Achsen 12 und 13 an einen Anker 4 zeigt die Längsschnittdarstellung nach 4. Dieser zylinderförmige Anker 4 ist in einem dünnwandigen Führungsrohr 19 gleitend gelagert und in Richtung der Gehäuseplatte 2c mit der Druckachse 12 und in Richtung des Jochbodens 2b mit der Zugachse 13 axial verbunden. Dieses Führungsrohr 19 wird flächenbündig von einem Spulenkörper 14 umschlossen, der zusammen mit einer Erregerwicklung die Erregerspule 3 bildet.
In der Längsschnittdarstellung nach 4 befindet sich der Anker 4 in seiner Hubanfangsstellung und wird einmal im Bereich des Jochbodens 2b in einem Gleitlager 20 gelagert, das in einer Lagerbuchse 21 fixiert ist und ihrerseits von einer Öffnung 23 im Jochboden 2b aufgenommen wird. Die Umfangsfläche dieser Lagerbuchse 21 weist unter Ausbildung einer Schulter einen ringartigen Vorsprung auf, der sich auf der Außenfläche des Jochbodens 2b abstützt. Zum anderen wird der Anker 4 auf der gegenüberliegenden Seite durch eine in einem Gleitlager 17 gelagerte Druckachse 12 geführt. Dieses Gleitlager 17 ist ebenso mittels einer Lagerbuchse 18 fixiert, die ihrerseits in einer in der Gehäuseplatte 2c angeordneten Öffnung 22 gehalten wird.
Die in der Öffnung 22 montierte Lagerbuchse 18 umfasst einerseits einen nach außen gerichteten ringförmigen Vorsprung, der sich gegen die Außenfläche der Gehäuseplatte 2c abstützt und andererseits einen nach innen in radialer Richtung abgesetzten ringförmigen Flansch, der durch einen plattenförmigen Permanentmagneten 7 hindurchgreift und sowohl einen drehbaren scheibenförmigen Magnetshunt 8 als auch einen zylinderförmigen Polkern 10 trägt. Der Permanentmagnet 7 liegt dabei flächenbündig zwischen der Innenfläche der Gehäuseplatte 2c und dem Magnetshunt 8.
Der Polkern 10 weist eine plattenartige Basis auf, deren Umfangsfläche an der Innenfläche des Führungsrohres 19 anliegt und damit deren Öffnung abschließt. In Richtung des Ankers 4 ist die plattenartige Basis des Polkerns 10 mit einem konusförmigen Vorsprung ausgeformt, in die andere Richtung mit einem ringförmigen Steg, der als Drehachse für den drehbaren Magnetshunt 8 dient und gleichzeitig das Ende der Lagerbuchse 18 umschließt. In einer zentralen Bohrung des Polkerns 10 sowie in der Lagerbuchse 18 im Bereich der Überlappung mit dem Polkern 10 ist auf der Druckachse 12 eine Druckfeder 16 angeordnet, die auf der einen Seite gegen das Gleitlager 17 und auf der anderen Seite gegen den Anker 4 sich abstützt.
Die dem Polkern 10 zugewandte Seite des Ankers 4 weist eine Polfläche 5 auf, die an die Konusform des Polkerns 10 angepasst ist. Auf einer die Druckachse 12 umschließenden ringförmigen Fläche auf dem Konusgrund des Innenkonus des Ankers 4 ist eine Abstandscheibe 24 angeordnet, die, wenn der Anker 4 nach einer Bestromung der Erregerspule 3 auf den Polkern 10 aufschlägt, einen definierten Abstand zwischen der Polfläche 5 des Ankers 4 und dem Polkern 10 sicherstellt und gleichzeitig den Aufschlag des Ankers 4 auf den Polkern 10 dämpft.
Die Druckfeder 16 ist derart vorgespannt, dass sie im unbestromten Zustand der Erregerspule 3 den Anker 4 bis in die in 4 dargestellte Hubanfangsstellung drückt, die von einem in den 1 bis 5 nicht dargestellten Anschlag, an den das freie Ende der Zugachse 13 anschlägt, bestimmt wird. Zwischen der Polfläche 5 des Ankers 4 und dem Polkern 10 wird dadurch ein Arbeitsluftspalt 6 definiert, der bei Bestromung der Erregerspule 3 von magnetischen Feldlinien durchsetzt und der Anker 4 dadurch gegen die Federkraft der Druckfeder 16 auf den Polkern 10 zubewegt wird, bis die entsprechenden Polflächen in durch die Abstandscheibe 16 definierten Abstand aneinander liegen, wodurch die in 5 dargestellte Hubendstellung des Ankers 4 definiert ist.
Der Aufbau aus Lagerbuchse 18, Permanentmagnet 7 und Magnetshunt 8 ist auch in der im Bereich der Gehäuseplatte 2c teilweise aufgeschnittene perspektivische Darstellung nach 2 sowie in einer vergrößerten Detaildarstellung nach 3 deutlich zu erkennen. So ist der drehbar gelagerte Magnetshunt 8 in einem Aufnahmeschacht 15 angeordnet, der einstückig an den Spulenkörper 14 so angeformt ist, dass der seitliche, die Erregerwicklung der Erregerspule 3 begrenzende Kragen 14a des Spulenkörpers 14 zusammen mit dem Polkern 10 die rückwärtige Begrenzung dieses Aufnahmeschachtes 15 bildet und auf den offenen Seiten des Gehäuses 2 der Kragen 14a in Seitenwände 15a des Aufnahmeschachtes 15 übergehen. Die Ebene des Permanentmagneten 7 bildet die vordere Wand 15b dieses Aufnahmeschachtes 15, wobei der Permanentmagnet 7 passgenau von dieser vorderen Wand 15 aufgenommen wird.
Der Permanentmagnet 7 erzeugt zusätzlich zu dem von der Erregerspule 3 erzeugten ersten Magnetfeld ein zweites Magnetfeld, das so gepolt ist, dass es das erste Magnetfeld verstärkt. Dabei verlaufen die Feldlinien des ersten Magnetfeldes der Erregerspule 3 über den Anker 4, den Polkern 10, die Gehäuseplatte 2c bzw. teilweise auch über den Magnetshunt 8, die Schenkeljoche 2a und den Jochboden 2b. Die Feldlinien des zweiten Magnetfeldes des Permanentmagneten 7 verlaufen über die Schenkeljoche 2c und teilweise über den Magnetshunt 8 und sind dort für die Ankerbewegung nicht mehr wirksam.
Der Magnetshunt 8 stellt damit für den scheibenförmigen Permanentmagneten 7 einen magnetischen Nebenschluss dar, dessen magnetischer Widerstand an einem zwischen einer an einer Stirnfläche des Magnetshunts 8 ausgebildeten Luftspaltfläche 11 und einer Innenfläche des Jochschenkel 2a vorgesehenen Nebenschlussluftspalt 9 eingestellt wird. Infolgedessen hängt die durch den Permanentmagneten 7 in dem Arbeitsluftspalt 6 bewirkte Magnetkraft von dem magnetischen Widerstand über den Magnetshunt 8, also von der Größe des Nebenschlussluftspalts 9 ab.
Bei einer Bestromung der Erregerspule 3 überlagern sich beide Magnetfelder im Anker, insbesondere im Arbeitsluftspalt 6, so dass die Hubbewegung des Ankers 4 von dem zweiten Magnetfeld des Permanentmagneten 10, nämlich mit dem nicht über den Magnetshunt 8 und den Nebenschlussluftspalt 9 verlaufenden Anteil, unterstützt wird.
Nach dem Abschalten des Stromes wird der Anker 4 durch die an der Polfläche 5 des Ankers 4 ausschließlich von der durch den Permanentmagneten erzeugten Haltekraft gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 16 in dieser Hubendstellung gemäß 5 gehalten, wobei diese Haltekraft so eingestellt ist, dass bei einem definierten Druck auf die Druckachse 12 in Richtung des Ankers 4 sich dieser in eine definierte Hubstellung bewegt, in der die Vorspannkraft der Druckfeder 16 größer als die Haltekraft des Permanentmagneten 7 ist, wodurch der Anker 4 in seine Hubanfangsstellung gemäß 4 gedrückt wird.
Dies wird dadurch sichergestellt, dass mittels des drehbaren Magnetshunts 8 der Nebenschlussluftspalt 9 entsprechend eingestellt wird. Hierzu ist – wie aus diesen 2 und 3 zu erkennen ist – der scheibenförmige Magnetshunt 8 annähernd quadratisch oder rechteckförmig derart ausgebildet ist, dass beim Drehen des Magnetshunts 8 in Richtung des Richtungspfeiles 25 dessen Ecken an die Seitenflächen 15a des Aufnahmeschachtes 15 anstoßen und somit die Drehbewegung begrenzt wird. Auf der dem Jochschenkel 2a gegenüberliegender Stirnfläche ist eine ebene Luftspaltfläche 11 derart geformt, dass in dieser Position ein annähernd dreieckförmiger Nebenschlussluftspalt 9 entsteht, dessen langen Dreiecksschenkel von der Luftspaltfläche 11 und der dieser gegenüberliegenden Innenfläche des Jochschenkels 2a und dessen dritter Dreiecksschenkel von einem Teil des Seitenwand 15a des Aufnahmeschachtes 15 gebildet werden. In dieser Position wird der größte Nebenschlussluftspalt 9 eingestellt, mit der Folge eines hohen magnetischen Widerstandes über diesen Nebenschlussluftspalt 9 und den Magnetshunt 8. Damit wird ein maximaler Teil des von dem Permanentmagneten 7 erzeugten magnetischen Flusses über den Anker 4 bzw. den Arbeitsluftspalt 6 geleitet.
Wird nun der Magnetshunt 8 in entgegengesetzter Richtung des Richtungspfeiles 25 gedreht, erreicht die Luftspaltfläche 11 eine Stellung, in der diese nahezu parallel zur gegenüberliegenden Innenfläche des Jochschenkels 2a ausgerichtet ist, in der der Nebenschlussluftspalt 9 die kleinste Größe aufweist. In dieser Position wird der magnetische Widerstand über diesen von dem Nebenschlussluftspalt 9 und dem Magnetshunt 8 gebildeten magnetischen Nebenschluss am geringsten, mit der Folge, dass nur ein geringer Teil des von dem Permanentmagneten 7 erzeugte magnetische Fluss über den Anker 4 bzw. den Arbeitsluftspalt 6 geleitet wird.
Der besondere Vorteil einer solchen konturierten Stirnfläche zur Formung der Luftspaltfläche 11 liegt darin, dass der zur Einstellung der Luftspaltbreite zur Verfügung stehende Drehwinkelbereich eine sehr große Spreizung des Einstellbereichs darstellt und somit mit großer Genauigkeit eine Einstellung möglich ist.
Die als Teil einer Stirnfläche des Magnetshunts 8 ausgebildeten Luftspaltfläche 11 wird einerseits von einer Ecke des Magnetshunts 8 begrenzt und andererseits durch einen in radialer Richtung auf die Drehachse zulaufenden und abgerundeten Absatz. Anschließend nimmt die Stirnfläche einen kurzen kreisbogenförmigen Verlauf und geht in eine ebene Stirnfläche über, die in einer weiteren Ecke des Magnetshunts 8 ausläuft. Diese zuletzt genannte Stirnfläche hat einen solchen großen Abstand von der Innenfläche des Jochschenkels 2a, dass sowohl in der Position der kleinsten als auch des größten Nebenschlussluftspaltes 9 dieser Abstand nur unwesentlichen Einfluss auf den magnetischen Widerstand des magnetischen Nebenschlusses hat. Die gegenüberliegende Stirnfläche des Magnetshunts 8 hat in gleicher Weise einen solchen Abstand von der gegenüberliegenden Innenfläche des Jochschenkels 2a, so dass auch dort der Einfluss auf den magnetischen Widerstand im Bereich des Nebenschlussluftspaltes 9 nur gering ist.
Zum Abschluss der Herstellung des Elektromagneten 1 muss die Drehstellung des Magnetshunts ermittelt werden, in der die geforderten Daten erreicht werden. Über Einstellöffnungen 26 und 27 in dem Jochschenkel 2a kann mittels eines in diese Öffnungen einführbaren Stiftes der Magnetshunt 8 gedreht und dabei gleichzeitig mit einer Messeinrichtung die Messdaten des Elektromagneten aufgenommen werden. Ist die Einstellung des Magnetshunts, in der die Solldaten erreicht sind, vorgenommen, muss diese Position des Magnetshunts fixiert werden, bspw. mittels eines Vergusses oder eines Klebstoffs, der in die Öffnungen 26 und 27 gespritzt wird.
Der in den 6 bis 8 dargestellte Elektromagnet 1 ist ebenfalls ein Hubmagnet mit einem ähnlichen Aufbau wie der Elektromagnet nach den 1 bis 5 und wird als Schaltmagnet eingesetzt. Er umfasst in gleicher Weise neben einer Erregerspule 3 zur Erzeugung eines ersten Magnetfeldes ebenso einen Permanentmagneten 7 zur Erzeugung eines zweiten Magnetfeldes.
Nach den 6 bis 8 ist ein weichmagnetisches Gehäuse 2 des Elektromagneten 1 ebenfalls U-förmig mit zwei Jochschenkeln 2a, einem Jochboden 2b und einer die beiden Enden der Jochschenkel 2a verbindenden Gehäuseplatte 2c aufgebaut.
In einer zylinderförmigen Erregerspule 3 ist zentrisch ein Anker 4 verschiebbar gelagert, der sich über die Gehäuseplatte 2c hinaus erstreckt und dort in einem Gleitlager gelagert ist. Das aus der Gehäuseplatte 2c ragenden Ende des Ankers 4 trägt eine kreisförmige Endplatte 29 mit gegenüber dem Anker 4 größeren Durchmesser, so dass zwischen dieser Endplatte 29 und der Gehäuseplatte 2c eine in Richtung der Endplatte 29 konisch verjüngt verlaufende Druckfeder 16 sich abstützen kann. Das sich an diese Endplatte 29 anschließenden Ende des Ankers 4 ist als Zuganker ausgebildet, um ein dort eingreifendes Betätigungsglied (nicht dargestellt) zu betätigen. Zum Schalten eines solchen Betätigungsgliedes wird die Erregerspule 3 bestromt, wodurch der Anker 4 in die in den 6 und 7 dargestellte Endposition fährt. Wird der Strom abgeschaltet, drückt die Druckfeder den Anker 4 einschließlich des Betätigungsgliedes wieder in die Hubanfangsstellung.
An die Gehäuseplatte 2c schließt sich ein Spulenkörper 14 an, dessen eine Begrenzung der Erregerspule 3 bildender Kragen 14a flächenbündig an der Innenfläche der Gehäuseplatte 2c anliegt. An den die andere Begrenzung der Erregerspule 3 bildender Kragen 14a schließt sich ein plattenförmiger Magnetshunt 8 an, der in einem Aufnahmeschacht 15 senkrecht zur Längsachse des Ankers 4 in Richtung des Pfeils 25 verschiebbar angeordnet ist und daher in dieser Verschieberichtung kürzer als der innere Abstand der beiden Jochschenkel 2a ist, wie dies deutlich in den 7 und 8 erkennbar ist. Der Aufnahmeschacht 15 wird an den offenen Seiten des U-förmigen Gehäuses 2 von jeweils einer Seitenwand 15a begrenzt, die einstückig mit dem Kragen 14a des Spulenkörpers 14 ausgebildet sind. Wie in 8 dargestellt, bilden die beiden Seitenwände 15a des Aufnahmeschachtes 15 die lateralen Begrenzungen für den Magnetshunt 8, der somit in dieser Richtung, also rechtwinklig zur Richtung des Richtungspfeiles 25 nicht verschiebbar ist.
Dieser Magnetshunt 9 bildet auch einen Polkern für den Elektromagneten 1, weshalb in der Hubendstellung nach 7 des Ankers 4 dessen Polfläche 5 an diesen Magnetshunt 7 gegen die Federkraft der Druckfeder 16 anschlägt, wie dies deutlich in 7 dargestellt ist. Zur Reduzierung des Aufschlaggeräusches trägt die Polfläche 5 eine Dämpfungsscheibe.
In dem verbleibenden Raum zwischen diesem Magnetshunt 8 und dem Jochboden 2b befindet sich ein plattenförmiger Permanentmagnet 7, der an die Breite des Jochbodens 2b angepasst und in Richtung des Richtungspfeiles 25 kürzer als der Magnetshunt 8 ist. Für diesen Permanentmagneten 7 bildet der Magnetshunt 8 einen magnetischen Nebenschluss, wie dies bereits im Zusammenhang mit dem in den 1 bis 5 beschriebenen Elektromagneten erläutert wurde.
Wie dort ausgeführt, verläuft der magnetische Fluss des von diesem Permanentmagneten 7 erzeugten zweiten Magnetfeldes sowohl unter Verstärkung des bei Bestromung der Erregerspule 3 entstehenden ersten Magnetfeldes über den Jochboden 2b, die Jochschenkel 2a und den Anker 4 als auch direkt über den Magnetshunt 8, so dass dieser Fluss nicht an der Polfläche 5 des Ankers 4 zur Erzeugung einer Haltekraft zur Verfügung steht. Das Maß des über diesen magnetischen Nebenschluss verlaufenden magnetischen Flusses hängt vom magnetischen Widerstand, insbesondere von einem zwischen einer Stirnseite 11 des rechteckförmigen Magnetshunts 8 und einer gegenüberliegenden Innenfläche des Jochschenkels 2a gebildeten Nebenschlussluftspalt 9 ab. Durch Verschieben dieses Magnetshunts 8 in Richtung des Richtungspfeiles 25 kann dieser Nebenschlussluftspalt 9 vergrößert oder verkleinert werden. Bei dieser Ausgestaltung kann der Magnetshunt 8 in Richtung des Jochschenkels 2a so verschoben werden, bis dessen Stirnfläche 11 an die Innenfläche des Jochschenkels 2a anschlägt, also kein Luftspalt zustande kommt. Die Länge des Magnetshunts 8 wird so gewählt, dass die der Luftspaltfläche 11 gegenüberliegende Stirnfläche 28 des Magnetshunts 8 im maßgeblichen Einstellungsbereich des Nebenschlussluftspalts 9 einen solchen Abstand zum Jochschenkel 2a aufweist, dass der dort bestehenden Luftspalt im Wesentlichen keinen Einfluss auf den magnetischen Widerstand an dieser Stirnfläche 28 des Magnetshunts 8 hat.
Wird in der Hubanfangsstellung des Elektromagneten 1 die Erregerspule 3 bestromt, überlagert sich das Magnetfeld des Permanentmagneten 7 dem Elektromagnetfeld im Anker 4 und in dem durch den Abstand von Anker 4 und Magnetshunt 8 gebildeten Arbeitsluftspalt, wodurch die Bewegung des Ankers 4 gegen die Federkraft der Druckfeder 16 in Richtung der Hubendstellung unterstützt wird. Die erforderliche Haltekraft in der Hubendstellung des Ankers 4 wird mittels des Nebenluftspaltes 9 eingestellt.
Zur Einstellung und Fixierung des Magnetshunts 8 wird wie in dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 5 verfahren. Über in den beiden Jochschenkeln 2a im Bereich des Aufnahmeschachtes 15 angeordnete Einstellöffnungen 26 wird nach der Herstellung des Elektromagneten 1 mittels eines durch diese Einstellöffnungen 26 hindurchgeführten Stiftes der Magnetshunt 8 verschoben und dabei gleichzeitig mit einer Messeinrichtung die Messdaten des Elektromagneten aufgenommen. Ist die Einstellung des Magnetshunts 8, in der die Solldaten erreicht werden, vorgenommen, muss diese Position des Magnetshunts 8 fixiert werden, bspw. mittels eines Vergusses oder eines Klebstoffs, der in die Öffnungen 26 gespritzt wird.
Bezugszeichenliste

1: Elektromagnet
2: Gehäuse
2a: Jochschenkel
2b: Jochboden
2c: Gehäuseplatte zum Verbinden der offenen Jochschenkel
3: Erregerspule
4: Anker
5: Polfläche des Ankers 4
6: Arbeitsluftspalt
7: Permanentmagnet
8: Magnetshunt
9: Nebenschlussluftspalt
10: Polkern
11: Luftspaltfläche
12: Druckachse
13: Zugachse
14: Spulenkörper
14a: Kragen des Spulenkörpers 14
15: Aufnahmeschacht für Magnetshunt 8
15a: Seitenwand des Aufnahmeschachtes 15
15b: vordere Wand des Aufnahmeschachtes 15
16: Druckfeder
17: Gleitlager
18: Lagerbuchse
19: Führungsrohr für Anker 4
20: Gleitlager
21: Lagerbuchse
22: Öffnung für Lagerbuchse 18
23: Öffnung für Lagerbuchse 21
24: Abstandsscheibe
25: Richtungspfeil
26: Einstellöffnung
27: Einstellöffnung
28: Stirnfläche des Magnetshunts 8
29: Endplatte am Anker 4

Claims

Elektromagnet (1) mit einem weichmagnetischen Gehäuse (2), der zur Erzeugung eines ersten Magnetfeldes eine Erregerspule (3) und zur Erzeugung eines zweiten Magnetfeldes einen Permanentmagneten (7) sowie einen in der Erregerspule (3) zentrisch gelagerten, verschiebbaren Anker (4) aufweist, wobei der Permanentmagnet (7) im Gehäuse (2) derart angeordnet ist, dass sich das zweite Magnetfeld im Anker (4) dem ersten Magnetfeld überlagert, dadurch gekennzeichnet, dass – ein lageveränderbarer Magnetshunt (8) zur Bildung eines magnetischen Nebenschlusses für den Permanentmagneten (7) in dessen Nachbarschaft angeordnet ist, und – der Magnetshunt (8) unter Ausbildung einer Luftspaltfläche (11) derart geformt ist, dass zwischen der Luftspaltfläche (11) und einer Innenfläche des Gehäuses (2) ein Nebenschlussluftspalt (9) gebildet wird, der durch eine Lageveränderung des Magnetshunts (8) einstellbar ist.
Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetshunt (8) platten- oder scheibenförmig ausgebildet ist, – der Magnetshunt (8) zur Lageveränderung senkrecht zur Längserstreckung des Ankers (4) verschiebbar ist, und – durch Verschieben des Magnetshunts (8) der zwischen der auf einer Stirnfläche des Magnetshunts (8) ausgebildeten Luftspaltfläche (11) und einer dieser Luftspaltfläche (11) in Verschiebungsrichtung gegenüberliegenden Innenfläche des Gehäuses (2) entstehende Nebenschlussluftspalt (9) einstellbar ist.
Elektromagnet nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Magnetshunt (8) auf einer mit dem Anker (4) verbundenen Druckachse (12) zur Lageveränderung drehbar gelagert ist, – der Magnetshunt (8) scheibenförmig mit einer auf dessen Stirnfläche ausgebildeten Luftspaltfläche (11) derart ausgebildet ist, dass der durch Drehen des Magnetshunts (8) zwischen der Luftspaltfläche (11) des Magnetshunts (8) und der dieser Luftspaltfläche (11) gegenüberliegenden Innenfläche des Gehäuses (2) entstehende Nebenschlussluftspalt (9) einstellbar ist.
Elektromagnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetshunt (8) mit einem Polkern (10) ausgebildet ist.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (7) platten- oder scheibenförmig ausgebildet ist und der Magnetshunt auf (8) der zum Arbeitsluftspalt (6) gerichteten Seite des Permanentmagneten (7) angeordnet ist.
Elektromagnet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetshunt (8) an dem Permanentmagnet (7) flächenbündig anliegt.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (7) ringförmig ausgebildet ist.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einstellöffnungen (26, 27) in dem Gehäuse (2) im Bereich des Nebenschlussluftspaltes (9) derart vorgesehen sind, dass über diese Einstellöffnungen (26, 27) der Magnetshunt (8) lageveränderbar und gegenüber dem Gehäuse (2) fixierbar ist.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen dem Anker (4) und einer im Bereich des Polkernes (10) liegenden Abstützfläche eine Druckfeder (16) vorgesehen ist, die bei Anliegen des Ankers (4) an dem Polkern (10) vorgespannt wird, und – der Nebenschlussluftspalt (9) derart eingestellt ist, dass einerseits im unbestromten Zustand der Erregerspule (2) der Anker (4) von dem Permanentmagneten (7) in dieser Position gehalten wird und andererseits bei einem definierten Druck auf eine mit dem Anker (4) verbundende Druckachse (12) der Anker (4) sich aus dieser Position löst.
Elektromagnet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) U-förmig mit Jochschenkel (2a) und einem Jochboden (2b) ausgebildet ist.