DE3114041C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetkreis für einen Elektro­ magneten mit einem von einer Spule umgebenen massiven, zy­ lindrischen Kern, dessen erstes Ende eine Verbindungsfläche aufweist, die an einer ebenen Auflagefläche eines massiven L- oder U-förmigen Jochelements durch Elektroschweißung derart befestigt ist, daß die Kernachse zur Auflagefläche senkrecht steht, wobei eine erste Polfläche am dem ersten Ende entgegengesetzten zweiten Ende des Kerns und eine zweite Polfläche am Ende des oder der Schenkel des Jochele­ ments auftreten.

Derartige Magnetkreise finden in Gleichstrom- oder Wech­ selstromrelais sowie Relais mit gemischter Erregung, die mit gleichstrom- oder wechselstromgespeisten Spulen be­ stückt werden können, ein weites Anwendungsfeld.

Bei der Herstellung massiver, für Relais bestimmter Magnet­ joche stellen die korrekte Ausrichtung der Kernachse, die genaue Einhaltung des Abstandes zwischen den Polflächen so­ wie insbesondere bei gemischten Jochen die wirtschaftliche Herstellung häufig ein Problem dar.

Abweichungen von der gewünschten Geometrie, die beispiels­ weise bei der Herstellung auftreten oder durch die Streuung der Abmessungen bedingt sind, können zu Streuungen bei den auf den Anker wirkenden Anziehungskräften oder zu Schwan­ kungen der Haltekräfte des Ankers in der Arbeitsstellung führen, sofern keine besonderen Nacharbeiten durchgeführt werden. Dies ist insbesondere bei Elektromagneten der Fall, bei denen Kupfer gespart werden soll.

Es ist deshalb erforderlich, für eine korrekte Ausrichtung und präzise Länge des Kerns und der Jochschenkel zu sorgen, wobei der Umfang der gegebenenfalls vorzunehmenden Nachar­ beiten möglichst gering bleiben soll.

Bei bestimmten bekannten Ausführungsformen wird der Kern mittels einer Stauchung am Jochelement befestigt. Hierbei kann sich jedoch eine Änderung der Länge des Kerns und der ursprünglichen Ausrichtung dieses Kerns mit dem Jochelement ergeben. Ferner können an der Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Elementen störende Luftspalte auftreten.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, den Kern in eine im Jochelement vorgesehene Bohrung einzupressen. Dies erfor­ dert jedoch eine sehr genaue Einhaltung der Maße, um bei einer Serienfertigung eine regelmäßige Verklemmung zu er­ reichen.

Aus der DE-OS 14 89 983 ist bereits ein Magnetsystem der eingangs genannten Art bekannt, bei dem der Kern mittels Elektroschweißung mit dem Jochelement verbunden ist. Hier­ bei ist der Kern über seine untere ebene Stirnfläche mit der durchgehenden ebenen Innenfläche des Stegs des Magnet­ jochs verschweißt. Zur Ausrichtung des Kerns mit den Joch­ schenkeln sind jedoch besondere Maßnahmen erforderlich. So müssen beispielsweise bestimmte Aufnahmemittel für die je­ weilige Schweißvorrichtung vorgesehen sein, um über diese Schweißvorrichtung für eine entsprechende Ausrichtung des Kerns zu sorgen. Ferner können beim Schweißvorgang flüssige Metallspritzer auf die Steginnenfläche des Jochs gelangen, woraus folgt, daß der Spulenkörper häufig nicht mehr voll­ ständig auf den Kern aufgeschoben werden kann.

Bei einem aus der DE-AS 19 49 988 bekannten Elektromagnet­ system ist im Joch eine das erste Ende des Kerns aufneh­ mende Vertiefung ausgebildet, deren Boden mit einer Öffnung versehen ist, in die ein am Kernende vorgesehener zylindri­ scher Zapfen eingreift. Hierbei weist das Kernende einen Ringflansch auf, der formschlüssig in der Ausnehmung des Jochs aufgenommen ist. Anstelle einer Elektroverschweißung ist eine Rastverbindung zwischen Kern und Joch vorgesehen.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Magnetkreis der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einfacher Her­ stellung auf einfachste Weise auch nach erfolgter Elektro­ verschweißung stets eine exakte Ausrichtung des Kerns rela­ tiv zum Joch sowie eine präzis vorgegebene Kernlänge ge­ währleistet und bei dem der Spulenkörper stets vollständig auf den Kern aufschiebbar ist.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in der zum ersten Ende des Kerns weisenden Innenfläche des Jochelements eine Vertiefung mit einer Querabmessung größer als der Durchmesseer des Kerns ausgebildet ist, deren zur Innenfläche parallele Bodenfläche die Auflagefläche bildet, daß in der Auflagefläche eine sich weiter in Richtung der Zylinderachse in das Jochelement hineinerstreckende zylin­ drische Öffnung ausgebildet ist, und daß der Kern an seinem ersten Ende einen kegelstumpfförmi­ gen Zapfen aufweist, der eine Wurzel mit einem Durchmesser kleiner als der Kerndurchmesser aber größer als der Durch­ messer der zylindrischen Öffnung und eine Höhe kleiner als die Tiefe der Öffnung besitzt, so daß die Mantelfläche des Zapfens die Verbindungsfläche bildet, zwischen der Wurzel und der Zylindermantelfläche des Kerns eine ringförmige Anschlagfläche auftritt, die nach der Verschweißung mit der Auflagefläche zusammenwirkt und zwischen der Zylindermantelfläche, der Auflagefläche und der Innenfläche des Jochelements ein den Kern umge­ bender ringförmiger Raum ausgebildet ist.

Hierbei führt der Elektroschweißvorgang zunächst zu einer örtlichen Schmelzung des Metalls am Eingang der in der Auf­ lagefläche des Jochs vorgesehenen Öffnung und an der koni­ schen Verbindungsfläche des kegelstumpfförmigen Zapfens. Hat das Metall eine ausreichende Plastizität erreicht, so kann der Strom unterbrochen werden. Beim anschließenden Schmiedevorgang, während dem der Kern weiter in der Öffnung eingetrieben wird, ergibt sich zwangsläufig eine plastische Verformung des Zapfens sowie des Eingangs der Öffnung. Eine solche Verformung findet solange statt, bis die ringförmige Anschlagfläche des Kerns auf der Auflagefläche des Jochs aufliegt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sam­ meln sich nun die während des Schweißvorgangs auftretenden flüssigen Metalltröpfchen oder Metallteilchen in einem die Zylindermantelfläche des Kerns umgebenden ringförmigen Raum. Auf diese Weise ist insbesondere stets sicherge­ stellt, daß der betreffende Spulenkörper vollständig auf den Kern aufschiebbar ist.

Nachdem ferner der Abstand der Polflächen in Richtung der Kernachse nach der Montage des Magnetkreises stets exakt vorgegeben ist, ist ein zusätzlicher Arbeitsgang zur Anpas­ sung dieses Abstands in der Regel nicht erforderlich. Die­ ser Abstand zwischen den Polflächen kann beispielsweise so gewählt werden, daß er relativ nahe beim endgültigen Wert liegt. In diesem Falle sind lediglich die Stirnflächen der Jochschenkel geringfügig abzugleichen. Hierbei kann die Stirnfläche des freiliegenden Endes des Kerns als Bezugs­ fläche dienen. An den Enden der Jochschenkel ist lediglich eine geringe Materialmenge abzutragen.

Soll ein Magnetkreis für ein Gleichstromrelais hergestellt werden, so kann hierbei von einem Magnetkreis ausgegangen werden, der bereits für ein Wechselstromrelais bearbeitet wurde. Bei diesem Arbeitsgang dienen die Polflächen an den freien Enden der Jochschenkel als Bezugsflächen, während die Polflächen am freien Ende des Kerns zu verformen sind. Infolge der aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung er­ zielten präzisen Ausrichtung und Länge des Kerns ist auch während eines solchen Arbeitsgangs stets sichergestellt, daß keinerlei die magnetischen Eigenschaften beeinträchti­ gende geometrische Verformung des Kerns auftritt.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird; in dieser zeigt

Fig. 1 den Kern und das Jochelement eines Magnetkreises vor der Montage,

Fig. 2 einen vollständigen Magnetkreis, der zur Aufnahme einer mit Wechselstrom gespeisten Spule dient,

Fig. 3 einen vollständigen Magnetkreis, der zur Aufnahme einer mit Gleichstrom gespeisten Spule dient, und

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform des Jochelements.

Fig. 1 zeigt zwei Elemente, die nach dem Zusammenbau den feststehenden Magnetkreis 1 eines Elektromagneten bilden, und zwar einen massiven, zylindrischen Kern 2, der gegenüber einem ebenfalls massiven Jochelement 3 angeordnet ist. Dieses Jochelement 3 kann beispielsweise durch Bie­ gen eine L-Form (in dicken Linien gezeichnet) oder eine U-Form (in dünnen Linien gezeichnet) erhalten und besitzt infolgedessen entweder einen kurzen Schenkel 4 und einen langen Schenkel 5 oder einen dem kurzen Schenkel 4 entspre­ chenden Steg 6, der mit zwei langen, zueinander parallelen Schenkeln 5 und 7 verbunden ist.

Nach dem Biegen sind die sich in Querrichtung er­ streckenden Stirnflächen 24 und 23 an den freien Enden der Schenkel 7 und 5 in im wesentlichen gleichen Abständen s₁ und s₂ von einer unteren Außenfläche 19 des Jochelements 3 ange­ ordnet.

Der Steg 6 bzw. der kurze Schenkel 4 und die langen Schenkel 5, 7 sind im allgemeinen zueinander senkrecht. Die Achse XX′ des Kerns 2 ist nach dem Zuammenbau zu einem langen Schen­ kel 5 bzw. 7 parallel und damit zu der Außenfläche 19 senkrecht.

Der Kern 2, der einen Durchmesser d besitzt, weist an einem ersten Ende 8 einen kegelstumpfförmigen Zapfen 9 auf, der eine Wurzel 10 mit einem Durchmesser e kleiner als der Kerndurchmessr d und eine Höhe h besitzt.

Zwischen der Wurzel 10 und der äußeren Zylindermantelfläche 12 des Kerns 2 ist eine ringförmige Anschlagsfläche 11 vorgesehen, die vor­ zugsweise zu der Kernachse XX′ senkrecht ist.

Der Kern 2 besitzt an einem dem ersten Ende 8 entgegengesetzten zweiten Ende 13 einen kegelstumpfförmigen Zapfen 14 mit dem Durchmesser j und eine Querfläche 15, und zwar in ähnlicher Anordnung wie bei dem ersten Ende 8. Die Höhe g dieses Zapfens 14 ist jedoch vorzugsweise größer als h. Ferner besitzt der Zapfen 14 einen anderen Spitzenwinkel.

Die Anschlagsfläche 11 befindet sich in einem Abstand l von einer ersten ebenen Polfläche 16, die am Ende des Zapfens 14 vorgesehen ist.

Das Jochelement 3, das den kurzen Schenkel 4 oder den Steg 6 umfaßt, besitzt an seiner Innenfläche 17 eine ebene Auf­ lagefläche 18, die sich unterhalb der Innenfläche 17 befin­ det und von dieser Innenfläche 17 um einen Wert f entfernt ist. Diese Auflagefläche 18, deren parallel zur Ebene der Innenfläche 17 gemessene Querabmessung m größer als der Kerndurchmesser d ist, ist eben und zu der der Innenfläche 17 entgegengesetzten Außenfläche 19 parallel. Der Abstand zwischen der Auflagefläche 18 und der Außenfläche 19 ist n. Diese Auflagefläche 18 kann durch spanende Bearbeitung oder durch Prägen gebildet werden.

Eine zylindrische Öffnung 20 oder 20′ durchquert das Joch­ element 3 im Bereich des kurzen Schenkels 4 oder Stegs 6 (Fig. 1-3) oder tritt in dieses von der Fläche 18 aus bis zu einer Tiefe p ein, ohne an der Außenfläche auszumünden (vgl. Fig. 4). Diese zylindrische Öffnung 20 bzw. 20′ hat eine zu der Auflagefläche 18 senkrechte Achse YY′ und einen Durchmesser a, der kleiner als e und größer als der Durchmesser q des Endes des Zapfens q ist.

Während des Arbeitsganges, in dem der Kern 2 und das Jochelement 3 durch Elektroschweißung miteinander verbunden werden, wird das Jochelement 3 mit seiner Außenfläche 19 auf einen Arbeitstisch oder einen Halter 21 aufgelegt. Eine Schweißvorrichtung, an deren Ende beispielsweise eine elektrisch leitende Zange vorgesehen ist, hält den jeweiligen Kern 2 an seinem Ende 13 so, daß seine Achse XX′ mit der Achse YY′ der Öffnung 20 im wesentlichen zusammenfällt und führt eine Abwärtsbewegung in Richtung des Pfeils F aus, bis der Zapfen 9 in die Öff­ nung 20 eingetreten ist. Wenn eine leichte Versetzung zwischen den Achsen XX′ und YY′ besteht, werden die beiden Achsen durch Zusammenwirken der konischen Fläche des Zapfens 9 und des Eingangs 22 der Öffnung 20 in Flucht gebracht.

In allen Fällen ist die Höhe bzw. Tiefe n einer das Jochelement 3 durchqueren­ den Öffnung 20 oder die Tiefe p eines Sackloches (vgl. Fig. 4, Öffnung 20′) größer als die Höhe h des Zapfens 4.

Während des eigentlichen Elektroschweißvorgangs fließt ein Strom durch den Kern 2 und das Jochelement 3 und bewirkt eine örtliche Schmelzung des Metalls am Eingang 22 der Öffnung 20 und an der gekrümmten, als Verbindungsfläche dienenden Mantelfläche 25 des Zapfens 9, die mit der Öffnung in Kontakt ist. Wenn das Metall eine ausreichende Plastizität erreicht und der Strom unterbrochen wird, wird in einem Schmiedevorgang, bei dem auf den Kern eine Kraft in Richtung F ausgeübt wird, eine plastische Verformung des Zapfens 9 und des Eingangs 22 der Öffnung 20 bewirkt, die solange stattfindet, bis die ringförmige Anschlagsfläche 11 auf der Auflagefläche 18 zum Aufliegen kommt.

Flüssige Metalltröpfchen oder Metallteilchen, die während des Schweißvorgangs auftreten, sammeln sich in dem ringför­ migen Raum 26 zwischen der äußeren Zylindermantelfläche 12 des Endes 8 des Kerns 2, der Auflagefläche 18 und der obenliegenden Innenfläche 17 (Fig. 2).

Wenn der Schweißvorgang beendet ist und die miteinander ver­ bundenen Teile sich in dem in Fig. 2 gezeigten Zustand be­ finden, ist eine erste ebene Polfläche 16 bezüglich des Tisches bzw. Halters 21 oder der Außenfläche 19 in einer Höhe l + n an­ geordnet.

Ein derartiger Magnetkreis bildet einen Rohkörper, der zur Bestückung eines Wechselstromrelais oder eines Gleichstrom­ relais benutzt werden kann. Wenn er für ein Wechselstrom­ relais bestimmt ist, muß der oben erwähnte axiale Abstand bei dem fertigen Magnetkreis einen Wert e₁ besitzen, wäh­ rend dieser Abstand im Falle von Gleichstrom einen Wert e₂ besitzen muß, der größer als e₁ ist, wenn an dem zweiten Ende ein Polschuh befestigt wurde (vgl. Fig. 3).

Die Abmessungen s₁, s₂ und l + n sind so gewählt, daß die Differenz zwischen diesen beiden Abmessungspaaren sehr nahe bei dem Wert e₁ liegt, so daß die Stirnflächen 23 und 24 in einem zusätzlichen Arbeitsgang abzugleichen sind, um diesen Wert zu erhalten. Dieser Arbeitsgang be­ steht aus einer Abrichtung, bei der als Bezugsebene die Stellung der oberen Polfläche 16 des Kerns 2 benutzt wird und bei der nur eine geringe Materialmenge an den Enden der Schenkel 5 und 7 entfernt wird, um zweite bearbeitete Polflächen 23′ und 24′ herzustellen.

Wenn ein Magnetkreis für die Schaffung eines Gleichstrom­ relais benutzt werden soll, verwendet man einen Magnetkreis, der bereits für ein Wechselstromrelais bearbeitet wurde. Der Kern dieses Magnetkreises erhält zunächst eine geeig­ nete Spule 29 und anschließend an seinem zweiten Ende bzw. Zapfen 14 einen Ring 27, der den in diesem Fall erforderlichen Pol­ schuh bildet (vgl. Fig. 7).

Dieser Ring 27, der vor der Befestigung eine zylindirsche Öffnung 28 besitzt, deren Durchmesser t kleiner als der Durchmesser j der Wurzel 10 des Zapfens 14 ist, wird auf diesen aufgepreßt und anschließend durch eine Vernietung oder Stauchung 30 befestigt.

Bei diesem Arbeitsgang, bei dem jetzt eine verformte erste ebene Polfläche 16′ geschaffen werden soll, die sich in einem axialen Abstand e₂ von den zweiten Polflächen 23′ und 24′ befindet, benutzt das Werkzeug zur Formung dieser Fläche als Bezugsebene die bestehenden zweiten Polflächen 23′ und 24′ (vgl. Fig. 3). Infolge der guten Lage und Ausrich­ tung des Kerns 2 kann bei diesem Arbeitsgang keinerlei beein­ trächtigende geometrische Verformung des Kerns auftreten.

Die Beschaffenheit der für die Herstellung des Jochs, des Kerns und des Rings benutzten Werkstoffe hängt natürlich von den Bedingungen ab, denen diese Teile sowohl hinsicht­ lich ihrer magnetischen Eigenschaften als auch hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften ausgesetzt sind.

Claims (1)

1. Magnetkreis für einen Elektromagneten mit einem von einer Spule umgebenen massiven, zylindrischen Kern, dessen erstes Ende eine Verbindungsfläche aufweist, die an einer ebenen Auflagefläche eines massiven L- oder U- förmigen Jochelements durch Elektroschweißung derart befestigt ist, daß die Kernachse zur Auflagefläche senkrecht steht, wobei eine erste Polfläche an dem er­ sten Ende entgegengesetzten zweiten Ende des Kerns und eine zweite Polfläche am Ende des oder der Schenkel des Jochelements auftreten, dadurch gekennzeichnet,
   daß in der zum ersten Ende (8) des Kerns (2) weisenden Innenfläche (17) des Jochelements (3) eine Vertiefung mit einer Querabmessung (m) größer als der Durchmesser (d) des Kerns (2) ausgebildet ist, deren zur Innenflä­ che (17) parallele Bodenfläche die Auflagefläche (18) bildet,
   daß in der Auflagefläche (18) eine sich weiter in Rich­ tung der Zylinderachse in das Jochelement (3) hineiner­ streckende zylindrische Öffnung (20, 20′) ausgebildet ist, und
   daß der Kern (2) an seinem ersten Ende (8) einen kegel­ stumpfförmigen Zapfen (9) aufweist, der eine Wurzel (10) mit einem Durchmesser (e) kleiner als der Kern­ durchmesser (d) aber größer als der Durchmesser (a) der zylindrischen Öffnung (20, 20′) und eine Höhe (h) klei­ ner als die Tiefe (n bzw. p) der Öffnung (20, 20′) besitzt,
   so daß die Mantelfläche (25) des Zapfens (9) die Ver­ bindungsfläche bildet, zwischen der Wurzel (10) und der Zylindermantelfläche (12) des Kerns (2) eine ringför­ mige Anschlagfläche (11) auftritt, die nach der Ver­ schweißung mit der Auflagefläche (18) zusammenwirkt und zwischen der Zylindermantelfläche (12), der Auflageflä­ che (18) und der Innenfläche (17) des Jochelements (3) ein den Kern (2) umgebender ringförmiger Raum (26) aus­ gebildet ist.