DE1806245A1 - Elektromagnet - Google Patents

Description

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21. Okt. 1968 fr.gö 3035

SIEMAG Feinmechanische Werke GmbH, 59Qi Eiserfeld/Sieg

Elektromagnet

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einem innerhalb der Magnetspule bewegbar angeordneten Magnetanker, dessen Stirnflächen der Form der jeweils gegenüber liegenden Stirnseiten der Ankergegenstücke entsprechend angepaßt sind. g

Bei der Herstellung von Elektromagneten für hohe Schalt- _φ frequenzen besteht immer wieder das Problem, bei möglichst geringen zu bewegenden Ankermassen noch relativ hohe Ankerkräfte zu erreichen; es muß also ein möglichst großes Kraft-Masse-Verhältnis erreicht werden.

Mit Elektromagneten bisher bekannter Bauart lassen sich die geforderten hohen Schaltfrequenzen bei möglichst geringem Magnetgewicht nicht erreichen, da entweder die bewegten Ankermassen zu groß oder die erreichbaren Ankeranzugskräfte zu gering sind. Da bei minimalen Magnetaußenabmessungen ein optimales Kraft-Masse-Verhältnis erzielt werden soll, dürfen nur geringe Streuflüsse innerhalb des Magnetsystems auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromagneten für hohe Schaltfrequenzen zu schaffen» der bei minimalen Magnetaußenabmessungen ein optimales Kraft-Masse-Verhältnis erreicht und sich besonders zur Betätigung der Drucknadeln von Mosaikdruckern eignet.

Erfindungegemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ankergegenstücke in den Bereich innerhalb der Magnetwick-

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lung hineinragen und daß die Stirnflächen des sich zwischen den Ankergegenstücken bewegenden Magnetankers "in der Größe unterschiedlich sind, und eine gleiche Form zu den gegen-

gejren
über liegenden Ankermücken haben. Zweckmäßig ist die eine Stirnfläche als Kreisringfläche und die andere als Kegelmantelfläche ausgebildet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das eine Ankergegenstück verstellbar angeordnet. Vorzugsweise wird der Arbeitsluftspalt an die Stelle innerhalb des Magnetsystems gelegt, an der die optimal erreichbare Kraft erreicht wird. Diese Stelle liegt etwas außerhalb der Mitte des Magnetsystems.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles, das sich auf einen Elektromagneten zur Betätigung der Drucknadeln eines Mosaikdruckers bezieht, näher erläutert· Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromagneten,

Fig. 2 die Induktionsverteilung des Magnetankers und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromagneten.

Auf dem zylindrischen Spulenkern 1 ist die Wicklung 2 aufgebracht, die von dem Gehäusemantel 3 umgeben igt. An die eine Spulenkernseite 1 schließt sich das Jochteil 4 und an die andere das Jochteil 5 »ⁿ· Innerhalb des Jochteiles k . ist das verstellbare Ankergegenstück 6 angeordnet. Zu diesem Zweck sind das Jochteil k und das Ankergögenstück 6 mit einem Gewinde 9 versehen, mit welchem es möglich ist, durch Eindrehen des Ankergegenstückes 6 in den Bereich innerhalb

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des Spulenkernes 1 den genauen Luftspalt Hl einzustellen. Innerhalb des Ankergegenstückes 6 ist ein Röhrchen 7 aus nicht magnetischem Gleitmaterial angeordnet, in welchem die Drucknadel 8 geführt wird. Das Jochteil 5» das zur Vermeidung von Streuflüssen und zwecks Verkleinerung des Ankers in den Spulenkern 1 hineinragt, ist somit gleichzeitig als Ankergegenstück ausgebildet. Zwischen den beiden in den Spulenkern 1 hineinragenden Ankergegenstücken 5 und 6 ist der Anker 10 angeordnet, der eine den jeweils gegenüber liegenden Ankergegenstucken 5 und 6 entsprechende Flächenform aufweist. Der Anker weist hier auf der einen I

Seite eine Kreisfläche und auf der anderen Seite eine Kegelmantelfläche auf.

Die Kraft, mit der der Anker des Elektromagneten angezogen wird, errechnet sich nach der bekannten Näherungsgleichung

(B₁)² .
^Fl"(5000)^{2 A}l

Werden, wie im vorliegenden Beispiel angedeutet, die Jochteile k und 5 bzw. die Ankergegenstücke 5 und 6 zur Vermeidung von Streuflüssen in das innere Spulenteil eingeführt und somit der bewegliche Anker 10 innerhalb der beiden Ankergegenstücke 5 und 6 angeordnet, so kann dieser sich normalerweise nur dann bewegen, wenn nach beiden Seiten hin kein magnetisches Gleichgewicht besteht. Es muß also eine Differenzkraft vorhanden sein, d.h., daß nach der Seite hin, nach welcher der Anker 10 sich bewegen soll, eine größere Kraft als auf der anderen Seite wirksam sein muß. Dies erreicht man nach Betrachtung obiger Formel entweder durch verschieden große magnetische Induktionen oder verschieden große Flächen auf beiden Ankerstirnseiten. Da aber die magnetische Induktion mit der Fläche in naher Verbindung über die Gleichung 5= Β·Α steht, und 1 bei kon-

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stanter Erregung der Wicklung des Magneten durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Ankergegenstücke 5 und 6 auch annähernd konstant ist, ändern sich B und A umgekehrt proportional zueinander.

^Al

Durch Vergrößerung der Kraftlinienaustrittsfläche auf der dem Jochteil 5 gegenüber liegenden Seite ergeben sich verschieden große Anzugskräfte. Wird die eine Fläche dadurch vergrößert, daß man auf der dem Jochteil 5 gegenüber liegenden Seite eine konische Ankerform anwendet, so ist die in Achsrichtung des Ankers 10 wirksame Kraft nur von der in Achsrichtung wirkenden Komponente der Induktion abhängig. In Fig. 2 ist zu diesem Zwecke der Anker 10 mit den entsprechenden Induktionsverteilungen näher angegeben. Es ergibt sich auf den konischen Flächen eine in Achsrichtung wirkende Induktion von

sin

¹ =

^sin

► B

Somit ergibt sich eine Kraft von

<v)

w) ^{2 (B}-' ² ■ ²

A. F ="2 ' A₀ = i A„ . sin

(5OOO)² . (5OOO)²

^A1

^F2 = ^Fl · 7Γ · ^sin
A2

Bei Anwendung der im Ausführungsbeispiel angegebenen Flächenform ergibt sich für

A = (d? - d^l) _t II

und für

^A2 = ^(dl · ⁱl - ^d2 *
da

V² = V² = sin* ist,

wird

A„ =

ft. sin

= A . 1

Sötzt man diesen Ausdruck in die Gleichung für F ein, so ergibt sich

F. = F.. sin ²K

Die Differenzkraft F_ ergibt sich nun wie folgt;

F =F -F =F -F sin κ Dl 21 1 ^Λ

F_D =

Mit dieser Ausbildung und Anordnung des Ankers wird zugleich die Forderung erfüllt, mit einer möglichst geringen

Masse des Ankers, die sich durch die konische Ausführungsgroße
form ergibt, eine Kraft zu erreichen.

Es wird also ein optimales Kraft-Masse-Verhältnis erreicht. Da der Anker 10, wie zuvor bewiesen, mit einer umso größeren Kraft auf das Ankergegenstück 6 auftrifft, je kleiner der Winkel des konischen Ankers 10 ist, gilt der Luftspalt

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hl ale Arbeitsluftspalt _t obwohl der Gesamtluftspalt des Magnetkreises und somit auch der magnetische Widerstand auch bei Anzug des Ankers immer ihren gleichen Wert beibehalten. Anhand von Versuchen bezüglich der Lage des
Luftspaltes hl kann man feststellen* daß diese maßgebend ist zur Erreichung der optimalen Kraft des Ankers 10. Es ist daher der Luftspalt hl etwas außerhalb der Mitte des Spulenkerns 1 angeordnet» an welcher die optimale Kraft erreicht wird.

Der konische Anker 10 ist auf einem Röhrchen 11 durch
Fließpressen auf der Drucknadel 8 fest aufgebracht. Die Drucknadel 8 ist an ihrem äußeren nicht druckenden Ende umgebogen und an einer Feder 13 durch Einstecken befestigt. Die Feder 13» die mittels der Klemmscheibe lk arretiert ist, dient zum Rückholen des Ankers 10 in die Ausgangslage.

Zur Rückhubbegrenzung ist auf dem Ende des Röhrchens 11 eine Scheibe 15 angebracht. Der Hub zwischen dem Jochteil 5 und der Scheibe 15 ist nun so ausgeführt, daß er kleiner ist als der Hub h 1 zwischen Ankergegenstück 6 und
Anker 10, damit der Anker IO nicht auf das Ankergegenstück auftreffen kann·

Da der Arbeitshub h 2 der Drucknadel 8 kleiner als

der Arbeitsluftspalt h 1 ist, ist eine Anschlagbegrenzung des Ankers 10 in Achsrichtung nicht erforderlich.

Bei Abschalten der Spule 2 wird der Anker 10 von der Feder in die Ausgangslage zurückgebracht bzw· die Scheibe 15

mit dem Anschlagstück 12 aus Dämpfungsmaterial zum Anschlag gebracht. Die Halteecheibe l6 ist so eingestellt, damit die konische Seite des,Ankers 10 nicht auf das Jochteil 5 auftreffen kann.

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Bei der bisher beschriebenen Ausführungsförm des Elektromagneten erfolgt die Betätigung der Drucknadel 8 nach dem Arbeitsstromprinzip, d.h., daß nur bei Erregung des Elektromagneten die Drucknadel 8 bewegt wird* Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagneten arbeitet nach der Umkehrung des bisher beschriebenen Prinzips, dem Ruhestromprinzipο Der Anker 10 ist bei dieser Anordnung im nichtdruckenden Zustand der Drucknadel 8 entgegen der Federkraft einer Feder 13 angezogen« In Bezug auf das in Figo 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist bei der zweiten Ausführungsform (Fig, 3) der " Anker 10 umgedreht und die Feder 13 auch in entgegengesetzter Richtung wirkend. Nach Abschalten des Erregerstromes des Elektromagneten wird die Drucknadel 8 mit der von der Feder 13 gespeicherten Energie in Richtung zur Druckebene bewegt. Die Feder 13 ist zwischen Ring und dem Ansatzring 17 fest eingespannt» Durch die Bohrung des Ansatzx'inges 17 ragl ein Anschlagstück 12 aus elastischem Materiaxj das mittels eines Gewindastiftes l6 verstellt werden kann. Das Anschlagstück 12 wird nun so eingestellt, damit bei Erregung des Magneten der Magnetanker 10 nicht auf das Ankergegenstück 5 auftreffen kann·

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Claims (1)

1. SIEMAG Feinmechanische Werke GmbH., 5904 Eiserfeld/Sieg

   Pat entansprüche

   Ie Elektromagnet mit einem innerhalb der Magnetspule bewegbar angeordneten Magnetanker, dessen Stirnflächen der Form der jeweils gegenüberliegenden Stirnseiten der Ankergegenstücke entsprechend angepaßt sind, dadurch gekennzeichnet,

   P daß die Ankergegenstücke (5+6) in den Bereich innerhalb der Magnetwicklung (2) hineinragen und daß die Stirnflächen des sich sswischen den Ankergegenstücken (5+6) bewegenden Magnetankers (10) in ihrer Größe unterschiedlich sind·

   2« Elektromagnet nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die eine Stirnfläche des Magnetankers (10) als Kreisringfläche und die andere als Kegelmantelfläche ausgebildet ist.

   . 3»Elektromagnet nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ankergegenstück(5)oder(6)verstellbar angeordnet ist«

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