DE2620269A1

DE2620269A1 - Elektromagnet

Info

Publication number: DE2620269A1
Application number: DE19762620269
Authority: DE
Inventors: George T Coors
Original assignee: Ledex Inc
Current assignee: Ledex Inc
Priority date: 1975-05-08
Filing date: 1976-05-07
Publication date: 1976-11-18
Also published as: CA1054203A; JPS51140168A; JPS563654B2; US3970981A; GB1543844A; FR2310621A2; FR2310621B2

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

Unser Zeichen; L 988 6.Mai 1976

LEDEX INC.

123 Webster Street

Dayton, Ohio 45401

V.St.A. ' ·

Elektromagnet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromagnet und insbesondere auf einen solchen Elektromagnet, wie er in der Patentanmeldung P 25 02 714.9 beschrieben ist. Die Erfindung kann als Verbesserung der in der angegebenen Patentanmeldung beschriebenen Elektromagnetkonstruktion an.gesehen werden,,

In der angegebenen Patentanmeldung ist ein proportional wirkender Elektromagnet beschrieben, dessen Anker einer Seitenbelastung ausgesetzt sein kann, falls die konzentrische Lage der relativ zueinander beweglichen Teile nicht mehr vorhanden ist» d.h. die konzentrische Lage zwischen dem stationären Ankergegenpolteil und der Nabe einerseits und dem Anker andrerseits, und es ist eine Anordnung beschrieben, bei der der Anker so gehalten ist, daß die konzentrische Lage des Ankers bezüglich des Gegenpolteils gewährleistet wird.

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Solche Elektromagnete sind Konstruktionen, "bei denen ein Nabenglied in erster Linie auf Grund der von Verankerungsbolzen zwischen gegenüberliegenden Stirnplatten ausgeübten Kraft in der jeweiligen Ausrichtlage gehalten wird. Es ist wichtig, daß die Nabe bei Stoßen, Vibrationen oder anderen externen Kräften koaxial zu den Ankergegenpolteilen und zum Anker ausgerichtet bleibt.

Die Erfindung betrifft eine Elektromagnetkonstruktion der oben angegebenen Art,bei der ein Aus.richtteil oder ein Einsatz aus nichtmagnetischem Material gebildet und zwischen die Nabe und das Ankergegenpolteil eingefügt ist, damit die Ausrichtung der axialen Bohrung in der Nabe mit der Bohrung in dem Gegenpolteil auch unter schweren Stoßoder Vibrationsbedingungen gewährleistet wird. Die axial aneinander angrenzenden Abschnitte der Nabe und des Gegenpolteils, sind mit äußeren, entgegengesetzt geneigten Abschrägungen versehen, und es ist ein Ausrichteinsatz mit zwei inneren konischen Abschrägungen gebildet, die so angeordnet und bemessen sind, daß sie mit den äußeren Abschrägungen der Nabe und des Ankergegenpolteils ineinander passen. Der Ausrichteinsatz sorgt für eine koaxiale Ausrichtung der Nabe bezüglich des Gegenpolteils, und er gewährleistet die Aufrechterhaltung dieser Ausrichtung auch bei Anwendung äußerer Kräfte, beispielsweise Stoß- oder Schwingungskräfte. Die Außenfläche des Ausrichteinsatzes bildet einen Zylinder, und sie bildet tatsächlich eine zylindrische Verlängerung der Nabe unterhalb der Spule des Elektromagnets. Bei einem einfach wirkenden Elektromagnet mit nur einem Ankergegenpolteil, wird nur ein solcher Ausrichteinsatz verwendet, während bei einem doppeltwirkenden Elektromagnet mit zwei gegenüberliegenden Ankergegenpolteilen zwei Ausrichteinsätze verwendet werden.

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Mit Hilfe der Erfindung soll ein verbesserter proportional wirkender Elektromagnet geschaffen werden, "bei dem eine koaxiale Ausrichtung der Nabe und der Gegenpolteile auch bei Einwirkung von Stoßkräften oder von anderen äußeren mechanischen Kräften gewährleistet ist. Der mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Elektromagnet soll ein aus nichtmagnetischem Metall bestehendes Ausrichtteil enthalten, das mit entgegengesetzt geneigten inneren Abschrägungen versehen ist, die mit entsprechenden äußeren Abschrägungen an den Außenflächen der Nabe und des Gegenpolteils ineinander passen und das.eine mechanische und thermische Verlängerung darstellt, die zwischen der Nabe und dem Gegenpolteil verläuft, damit die konzentrische Lage zwischen diesen Teilen aufrechterhalten und die Wärmeleitung zwischen ihnen verbessert wird· Das Einsatzteil erhöht außerdem die Wärmeableitfähigkeit der zugehörigen Nabe und "des Gegenpolteils.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine perspektivische Ansicht eines Elektromagnets, bei dem die Erfindung angewendet werden kann,

Fig.2 einen Teilschnitt eines doppeltwirkenden proportionalen Elektromagnets nach der Erfindung und

Fig.3 einen-vergrößerten Teilschnitt des Ausrichteinsatzes, wobei dargestellt ist, wie dieser Ausrichteinsatz von den Naben- und Gegenpolteilen des Elektromagnets von Fig.2 aufgenommen wird.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung in der. Anwendung bei einem doppeltwirkenden proportionalen Elektromagnet 10 dargestellt. Diese Ausführungsform enthält

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zwei hülsenartige Zylindergehäuse 12, die aus ferromagnetischein Material hergestellt sind. Die Gehäuse 12 sind auf den axial gegenüberliegenden Seiten einer ringförmigen Nabe 14 angebracht. Die Nabe 14 ist mit einem radial verlaufenden Mittelabschnitt 15 und mit zwei axial verlaufenden Hülsenabschnitten 16 versehen. Die angrenzenden Innenenden der Gehäuse stehen in direktem kraftübertragendem Eingriff mit den angrenzenden Radialflächen des Nabenabschnitts 15. Die Nabe 14 ist ebenfalls aus ferromagnetischem Material hergestellt; sie ist mit entgegengesetzten, axial verlaufenden zylindrischen Büchsenabschnitten 16 ausgestattet, in denen eine Ankeraufnahmebohrung gebildet ist.

In der doppeltwirkenden Ausführungsform des Elektromagnets sind zwei gleiche Ankergegenpolteile 20 vorgesehen, die ebenfalls aus ferromagnetischem Material hergestellt sind; sie sind mit scheibenförmigen Körpern 21 ausgestattet, die radial nach innen gerichtete Flächen aufweisen, die an den anderen Enden der Gehäuse 12 direkt anliegen.

Jedes Ankergegenpolteil läuft in einen inneren abgeschrägten konusförmigen Polabschnitt 22 aus, der vom scheibenförmigen Körper 21 nach innen zum angrenzenden Hülsenabschnitt 16 der Nabe versetzt ist. Der Scheitelpunkt des Polabschnitts liegt im Abstand eines Luftspalts vom Ende eines angrenzenden Hülsenabschnitts 16. Das Ankergegenpolteil 20 bildet am Pol eine innere zylindrische öffnung, deren Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der vom Hülsenabschnitt 16 der Nabe 14 gebildeten öffnung ist, obwohl es nicht notwendig ist, daß diese Innendurchmesser exakt gleich sind.

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Bei der doppeltwirkenden AusführungsforiBi des Elektromagnets werden zwei elektrische Spulenanordnungen verwendet, die symmetrisch auf beiden Seiten des radialen Mlttelabschnltts 15 der Nabe 14 angeordnet sind. BIe elektrischen Spulenanordnungen enthalten jeweils einen Wickelkörper 30 aus nichtmagnetischem Material, dessen Innendurchmesser so bemessen Ist, daß er von einem der Hälsenabschnitte 16 Im axialen Abstand zwischen den radialen Flächen des Ankergegenpolteils und der Habe aufgenommen werden kann. Auf jeden Spulenkörper 30 1st eine- elektrische Spule 32 gewickelt.

Ton koaxialen Ankeröffnungen, die von den Hülsenabschnitten 16 derMabe und vom Polabschnitt 22 des Gegenpolteils gebildet sind, wird ein axial verlaufender zylindrischer Inker 35 aufgenommen.Der Anker besteht ebenfalls aus einem geeigneten ferromagnetlschen Material j er weist eine Länge auf, die geringfügig größer als der Abstand zwischen den Ankergegenpoltellen 1st, wie er von den Polabschnitten 22 definiert wird,, so daß dann,wenn das eine Ende des Ankers 35 voll in einen der konischen Polabschnitte 22 eingeschoben ist, das andere Ende gerade am Scheitel des gegenüberliegenden Polabschnitts eintritt. Die iSllsenabschnitte 16 der Nabe 14 arbeiten mit dem Anker so zusammen, daß ein langer Ruheluftspalt entsteht.

Der Anker 35 ist axial verschiebbar auf einer zentralen Halteachse 40 Im Elektromagnet angebracht. Die Welle 40 ist von Lagern 42 mit niedriger Reibung aufgenommnen, die in gleichartig zusammengefügten Elektromagnetstirnwänden und Lagergehäusen 45 angebracht sind. Die Lagergehäuse 45 arbeiten mit den Ankergegenpolteilen 20 so zusammen, daß die konzentrische Lage des Ankers bezüglich der Ankergegenpolteile gewährleistet wird. Int Idealfall wird ein radialer Luftspalt

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mit konstantem Spiel um den Anker- 45 bezüglich den Ankergegenpolteilen unc eier Kabe aufrecht erhalten, obgleich, auch ein unterschiedlicher Spielraum zwischen dem Anker und c.3n Ankergegenpolteilen einerseits und zwischen dem Anker und der Habe andrerseits vorgesehen werden kann«

Zur Aufrechterhaltung der konzentrischen Lage zwischen dem Ankergegenpolteil und dem Anker ist das Lagergehäuse 45 mit einem nach innen ragenden Abschnitt 46 versehen,» der eine von einer konischen Abschrägung gebildet© Außenfläche aufweist, die exakt mit einer dazu passenden konisch abgeschrägten Innenfläche an jedem Ankergegenpolteil 20 ineinandergreift. Wenn die zueinander passenden Flächen ineinander gefügt sind, "wird die Welle 4Q genau, konzentrisch zur zylindrischen Öffnung des abgeschrägten. FolalbsciESltts des Ankergegenpolteils gehalten.

Die Ausrichtung der Nabe 14 bezüglich des Ankergegenpolteils 20 zur Aufrechterhaltung der konzentrischen Lage zwischen diesen Teilen wird durch Verwendung eines nichtmagnetischen Einsatzteils 50 gewährleistet. Das Einsatzteil 50 kann aus AltrrlTi£^TJEm, Messing, Edelstahl oder aas einem anderen nichtmagnetischen Material gebildet seim_e Bas der Ausrichtung dienende Zinsatzteil 50 ist vorzugsweise aus Metall hergestellt, daait in erster Linie die WirmeableitfMMgkeii: des Änkergegenpolteils verbessert wird, mit dem es eng in Kontakt steht.

Das Einsatzteil 50 ist in Fig.3 vergrößert dargestellt; es ist mit einer zylindrischen Außenfläche 52 versehen, die int wesentlichen dem Außendurchmesser des Hülsenabschnitts 16 entspricht. Das Einsatzteil 5Q ist ferner Biit zwei Innenabschrägungen versehen,, nämlich einer ersten abgeschrägten Fläche 54, die so bemessen ist_r daß sie mit

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der äußeren abgeschrägten Fläche 55 des Polabschnitts 22 zusammenpaßt, und einer zweiten abgeschrägten Fläche 58, die so bemessen ist, daß sie mit einer äußeren konischen Abschrägung am angrenzenden Ende des Hülsenabschnitts 16 ineinanderpaßt.

Die außen am Polabschnitt des Gegenpolteils 22 gebildete schräge Fläche 55 hat die Aufgabe, auf Grund der selektiven Sättigung des Polmaterials gegenüber dem Anker 35 einen vorbestimmten Kraftverlauf und einen im wesentlichen linearen Kraftverlauf in der in der oben beschriebenen Patentanmeldung angegebenen Weise zu erzielen; demgemäß bildet die innere dazu passende schräge Fläche 54 des Einsatzteils 50 die Oberfläche eines Konus mit der gleichen Neigung. Für die Nabe 14 ist es jedoch erwünscht, in der gesamten Länge des Hülsenabschnitts 16 eine beträchtliche Dicke beizubehalten, und demgemäß ist die äußere konische Fläche 60 mit einer größeren Neigung gebildet; die dazu passende schräge Fläche 58 des Einsatzteils 50 ist mit einem entsprechenden Neigungswinkel gebildet. Das Einsatzteil 50 ist mit mehreren axial verlaufenden Schlitzen 62 versehen, die sich von seinen beiden Enden aus nach innen erstrecken, damit sich eine begrenzte Erweiterung der Wände ergibt, wie sie abhängig von der präzisen axialen Abstandseinstellung der Nabe und des Ankergegenpolteils erforderlich ist.

Das Einsatzteil 50 bildet somit eine nichtmagnetische, die konzentrische Lage aufrechterhaltende Verbindung zwischen der Nabe und dem Ankergegenpolteil. In der doppeltwirkenden AuSführungsform von Fig.2 wird am anderen Ende der Nabe ein zweites üinsatzteil 50 verwendet, das dieses Ende der Nabe mit dem angrenzenden Gegenpolteil ausrichtet. Es ist beabsichtigt, daß das Einsatzteil 50 ausschließlich auf den äußeren schrägen Flächen 55 und 60 sitzt, die am

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Gegenpolteil 20 bzw. an der Nabe 14 gebildet sind; zu diesem Zweck ist normalerweise zwischen dem Einsatzteil und dicht bei der radialen Fläche des Abschnitts21 des Gegenpolteils 20 nach Fig.3 ein kleiner Spielraum 63 gebildet. Beim Zusammendrücken bei der Endmontage ist es möglich, daß das axiale Ende des Einsatzteils 50 in Kontakt mit der angrenzenden Fläche kommt, doch ist es bei der in Fig.2 dargestellten AusfUhrungsform, bei der zwei der Ausrichtung dienende Einsatzteile verwendet sind, im allgemeinen nicht möglich, daß beide Einsatzteile in Kontakt kommen, da die Spielräume 63 zusammen zu groß sind. Selbst wenn der Spielraum 63 am einen oder am anderen Ende des Elektromagnets während der Montage aufgehoben werden sollte, ist klar, daß die hauptsächliche Anlagebeziehung an den gegenseitigen konischen Sitzflächenpaaren 54, 55 und 58, 60 vorliegt, so daß die Aufrechterhaltung der koaxialen Ausrichtung zwischen der Nabe und den Ankergegenpolteilen gewährleistet ist.

Wenn die Ankergegenpolteile 20 und die Lagergehäuse 45 gemäß der obigen Beschreibung ineinandergefügt sind, liegt ein axialer Abstand zwischen jedem Lagergehäuse und dem zugehörigen Gegenpolteil vor. Von diesen Abständen werden Befestigungsbügel 65 aufgenommen, die jeweils mit einer Mittelöffnung versehen sind, durch die die konisch verlängerten Abschnitte 46 der Lagergehäuse 45 aufgenommen werden. Die Lagergehäuse 45 werden mit Hilfe von Gewindeschrauben 68 an den Befestigungsbügeln 65 angebracht. Zwischen die radiale Innenwand des Lagergehäuses 45 und die angrenzende ebene Oberfläche des Befestigungsbügels 65 ist eine Dichtung

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eingefügt. Vier Verbindungsbolzen 75 erstrecken sich außerhalb der Gehäuse 12 und der Nabe zwischen den beiden Befestigungsbügeln, damit die gesamte Anordnung durch festes Andrücken der Befestigungsbügel in Anlage an die radialen Außenflächen der angrenzenden Ankergegenpolteile zusammengehalten wird.

Die konzentrische Beziehung der Nabe und der Ankergegenpolteile wird durch die Einsatzteile 50 gewährleistet und durch die Verbindungsbolzen 75 aufrechterhalten, die auf die Ankergegenpolteile 20 eine Druckkraft ausüben; diese Druckkraft wird über die Gehäuse 12 auf den radialen Mittelabschnitt 15 der Nabe 14 übertragen. Die Lagergehäuse 45 können mit Hilfe der Schrauben 68 befestigt oder entfernt werden, ohne daß die Anordnung aus dem Gegenpolteil, den Gehäusen und der Nabe gestört wird.

Die konüsförmigen zusammenpassenden schrägen Flächen am Einsatzteil 50, die auf die entsprechenden schrägen Abschnitte der Nabe und des Gegenpolteils einwirken, gewährleisten die Aufrechterhaltung einer ebhten konzentrischen Lagebeziehung zwischen diesen Teilen. Falls es notwendig werden sollte, die Baueinheit zu entfernen oder wieder zu montieren, werden die aufeinander ausgerichteten Teile automatisch wieder in der richtigen konzentrischen Beziehung auf Grund der zusammenpassenden schrägen Flächen beim Zusammenfügen ausgerichtet.

Die beschriebene Ausführungsform ist zwar ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, doch ist zu erkennen, daß im Rahmen der Erfindung auch Abwandlungen und Änderungen möglich sind.

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Claims

Patentanspruch

Elektromagnet mit einer Nabe und einem im Abstand von der Nabe liegenden Ankergegenpolteil, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung einer koaxialen Ausrichtung der Nabe und des Ankergegenpolteils am Ankergegenpolteil eine äußere, zur Nabe hin geneigte schräge Fläche gebildet ist, daß an der Nabe bei dem Gegenpolteil eine äußere, zum Gegenpolteil hin geneigte schräge Fläche angebracht ist und daß axial zwischen der Nabe und dem Ankergegenpolteil ein ringförmiges Ausrichtteil aus nichtmagnetischem Material angeordnet ist, das zwei innere schräge Flächen aufweist, die so bemessen sind, daß sie mit den äußeren schrägen Flächen des Gegenpolteils und der Nabe so zusammenpassen, daß die Nabe koaxial zum Ankergegenpolteil ausgerichtet bleibt.

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