DE3520488C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Wechselstrom-Elektromagneten mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Wechselstrom-Elektromagnet ist aus der DE-PS 12 49 995 bekannt.

Bei solchen mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten neigt der Tauchanker zum Schwingen, was sich durch ein Geräusch bzw. Brummen bemerkbar macht. Eine der möglichen Maßnahmen gegen das Brummen ist das Einbringen eines Kurzschlußringes in den Kern. Dieser Ring soll für eine entsprechende Phasenverschiebung sorgen und somit von vornherein das Schwingen des Ankers ausschließen. Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, daß trotz dieser Maßnahme eine absolute Brummfreiheit höchstens dann erreichbar ist, wenn die Fertigung und Montage der betreffenden Teile mit einem Höchstmaß an Präzision erfolgen.

Das Brummen und auch die Geräuschentwicklung bei der axialen Verstellbewegung des Ankers können allerdings auch auf mechanischem Wege zumindest weitgehend unterdrückt werden. Beispielsweise können kleine Blattfedern an einer Ankerseite angebracht sein, die den Anker dann auf der gegenüberliegenden Seite ständig gegen die Ankerführung drücken. Gleiches wird erreicht, wenn man den Anker längs aufteilt und die beiden Ankerhälften mit Federn gegen die Wandung der Führung drücken läßt. Diese Lösungen haben aber den Nachteil, daß der Anker nur gegen Teilbereiche der Führung gedrückt wird, was dort zu einer Materialabnutzung führt. Außerdem wird der Anker verkantet und kann sich nicht mehr genau in Richtung seiner Längsachse bewegen.

Weitere Möglichkeiten der Ankerführung sind in den Druckschriften DE-GM 18 93 989, DD-PS 27 458 und DE-OS 30 42 752 angegeben. Hier sind Führungsringe, die zum Teil auch geschlitzt sind, in Umfangsnuten des Ankers vorgesehen, wobei die Ringe an der Innenwandung der hohlzylindrischen Bohrung des auch den Anker aufnehmenden Spulenträgers axial gleiten. Auch hierbei muß der Spulenträger die Führungsfunktion für den Anker übernehmen und ist, ebenfalls wie die Führungsringe, durch Reibung erheblichen Materialabnutzungen unterworfen, wobei die Abnutzungen aufgrund der unterschiedlichen Radialbelastungen unterschiedlich sind, je nachdem, an welcher Stelle sich der Schlitz des oder jedes Führungsringes befindet.

Das Verkanten und damit eine Zunahme der Brummgeräusche gilt auch für Elektromagnete, bei denen als seitliches Andrückmittel ein Kegelkörper mit Keilwirkung dient, wie es in der DE-PS 12 49 995 gezeigt ist. Dort ist der Kegelkörper mit einer exzentrish zu seiner Kegelachse liegenden Längsbohrung versehen und verschiebbar auf dem Tauchanker angeordnet, wobei der Kegelkörper in Achsrichtung federnd abgestützt ist. Der Kegelkörper bewirkt während der letzten Phase der Ankerhubbewegung durch Berührung seines höchsten Teils mit der Kegelfläche der Ankerführungshülse ein Ausrücken des Tauchankers aus seiner Längsachse heraus. Infolgedessen wird die Anlagefläche des Ankers zum Kern hin im Rahmen des Spieles zwischen der Ankerführungshülse und dem Anker einseitig zur Anlage kommen. Dementsprechend bildet sich zwischen dem Kern und dem Anker ein keilförmiger Luftspalt aus, der beim Nulldurchlauf der Wechselspannung ein Abreißen zwischen Anker und Kern begünstigt, woraus eine Zunahme von Brummgeräuschen resultiert.

In der GB-PS 12 72 046 ist ein Wechselstrom-Elektromagnet beschrieben, bei dem der Spulenträger mittels eines nachgiebigen Festlegeringes am Joch befestigt ist. Der Spulenträger besitzt an seinem Ende eine konusstumpfförmige Aufnahme, in die eine entsprechend konusstumpfförmige Verdickung des Festlegeringes eingreift. Der nach innen ragende Teil des Festlegeringes soll jedoch nur den Spulenträger relativ zu dem den Anker aufnehmenden Axialdurchgang des Joches zentrieren, wobei die konusstrumpfförmige Verdickung des Ringes nur zu seiner Montage erforderlich ist, um den am Joch zu befestigenden Ring durch die im Durchmesser kleinere Axialbohrung des Joches ohne die Gefahr seiner Beschädigung hindurchtreiben zu können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Wechselstrom-Elektromagneten, bei dem die Brummgeräusche auf besonders einfache Weise beseitigt sind, wobei trotz der zu diesem Zweck erforderlichen Mittel eine exakte axiale Führung des Ankers ohne wesentliche Reibungsverluste gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe ist durch alle Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.

Da der ortsfeste Führungsring nach der Erfindung den Tauchanker ständig und konzentrisch umgibt, wird der Anker während seiner gesamten Verstellbewegung genau und unverkantet geführt, wodurch unter anderem radial gerichtete Ankerschwingungen vermieden werden und eine verhältnismäßig geringe Reibung zwischen dem Anker einerseits und den ihn führenden Teilen andererseits erreicht ist, zumal bei genauer Fertigung auch die Möglichkeit gegeben ist, daß der Anker nur durch den Innenumfang des Führungsringes geführt wird und das sonst den Anker eigentlich führende Rohr keine Führungsfunktion zu übernehmen braucht. Jedenfalls hat dann der Anker einen gewissen Abstand zu diesem Rohr, so daß er auch nicht bei Radialbewegungen gegen solche Führungen schlagen kann.

Der Führungsring ist hinsichtlich seines Materials und seiner Formgebung so ausgelegt, daß er mit seinem Innenumfang spielfrei einen im Prinzip gleichbleibenden Druck auf den zylindrischen Umfang des Tauchankers ausübt, wobei die Reibungskräfte vernachlässigbar klein sein sollen. Weichelastischer Gummi oder Kunststoff werden deshalb im allgemeinen nicht für den Führungsring in Betracht kommen. Geeignet erscheinen dagegen elastische, aber dennoch relativ harte Kunststoffe mit niedrigem Reibungskoeffizienten.

Mit dem Führungsring wird eine Ankerzentrierung erreicht, welche ein planes, luftspaltloses Anliegen des Tauchankers am Magnetkern im erregten Zustand des Magneten ermöglicht. Der dadurch erhöhte Kraftschluß zwischen dem Kern und dem Anker aufgrund des elektromagnetischen Feldes reduziert eine Abreißneigung des Tauchankers vom Kern beim Phasennulldurchgang der Wechselspannung, so daß durch ein Abreißen bedingte Brummgeräusche nicht auftreten können.

Um trotz eines entsprechend starren Materials für eine ausreichende Elastizität des Führungsringes in Radialrichtung und in bezug auf ein sicheres Umfassen des Ankers zu sorgen, kann der Führungsring aufgeschlitzt sein, so daß durch den Schlitz ausreichend Freiraum für eine Durchmesserreduzierung zur Verfügung steht. Im übrigen kann der Führungsring auch mehrfach geschlitzt bzw. unterbrochen sein, so daß er aus einzelnen und nicht oder nur durch elastische Stege verbundenen Segmenten besteht. Weiterhin kann zu gleichem Zweck der Querschnitt des Führungsringes in Teilbereichen durch Ausnehmungen reduziert sein.

Die Einstellung der radial auf den Ankerumfang wirkenden Kraft wird durch entsprechende Abstimmung der zusammenarbeitenden Kegelflächen und durch die fest vorgegebene Kraft der axial auf den Führungsring wirkenden Feder erreicht, wobei es hierbei nur darauf ankommt, daß der Anker spielfrei und ohne wesentliche Reibung durch den Führungsring laufen kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand mehrerer, in den anliegenden Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Elektromagneten nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Ventil mit einem erfindungsgemäßen Elektromagneten,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Führungsring und

Fig. 4 einen Schnitt durch den Führungsring nach Fig. 3 gemäß der Schnittlinie IV-IV.

Elektromagnete bzw. Magnetventile der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Art sind in ihrem Aufbau und in ihrer Funktion weitgehend bekannt, so daß nachfolgend nur auf die wesentlichen Teile dieser Ausführungsformen eingegangen ist und aus Gründen der Vereinfachung für gleiche oder gleichwirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet sind.

Der elektromagnetische Kreis des Magneten nach Fig. 1 besteht aus dem Joch 1, dem Kern 2, dem Tauchanker 3 aus jeweils magnetischem Material und der Spule 4, die auf dem Spulenträger 5 aus Kunststoff aufgewickelt ist. Dieser Spulenträger bildet mit seinem hohlzylindrischen Innenraum gleichzeitig zum einen eine Aufnahme für den Kern 2 und zum anderen eine axiale Führung für den Anker 3, an dem eine Stellstange 3a sitzt, die durch eine Längsbohrung des Kerns verläuft. In diesem Zusammenhang ist ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Innenraum des Spulenträgers 5 im Prinzip keine Führungsfunktion übernehmen muß, da diese Funktion von dem Führungsring 7 übernommen werden kann.

An den freien Enden der Stellstange 3a und des Ankers 3 können in bekannter Weise Bauelemente angeschlossen werden, die durch Verfahren des Ankers in seine beiden möglichen Endstellungen betätigt oder verstellt werden.

Am ankerseitigen Ende hat das Joch 1 eine kegelstumpfartige Fläche 1a, gegen die eine im entsprechenden Winkel von beispielsweise 45° zur Längsachse 6 kegelig eingezogene Fläche 7a des Führungsringes 7 anliegt, auf den von außen bzw. nach der gezeigten Darstellung von unten eine Feder 8 in Form einer am Joch 1 befestigten Ringscheibe bzw. Tellerfeder drückt.

Je nach vorbestimmbarer elastischer Verformung und Druckkraft der Feder 8 wird diese mehr oder weniger stark axial auf den den Anker 3 konzentrisch umfassenden Führungsring 7 drücken, so daß dieser stets die Tendenz haben wird, mit seiner Kegelfläche 7a bei entsprechend freiem Spielraum auf der gegenüberliegenden Kegelfläche 1a abzugleiten, und zwar mit einer gleichzeitig axialen und radialen Bewegungskomponente. Die Gleitbewegung ist jeweils beendet, sobald der Innenumfang des Führungsringes 7 gegen den gegenüberliegenden Außenumfang des Ankers 3 zur Anlage gekommen ist.

Der Winkel α der Anlagefläche 7a im Verhältnis zur Längsachse 6 ist in der Fig. 4 mit 45° angegeben. Das ist auch bei entsprechender Auslegung der Feder 8 und des Materials des Führungsringes 7 ein bevorzugter praktikabler Wert, wenn auch die Grenzen dieses Winkels in der Größenordnung von etwa 40° < α < 50° liegen können. Jedenfalls darf der Winkel nicht zu klein sein, da sonst der Führungsring den Anker 3 zu stark verkeilen könnte, während bei einem übermäßig großen Winkel α die Gefahr bestehen wird, daß ein zu radialen Schwingungen neigender Anker keinen entsprechenden Widerstand finden und tatsächlich zum Schwingen kommen wird.

Der elektromagnetische Kreis des in Fig. 2 gezeigten Magnetventils besteht wie beim vorher beschriebenen Beispiel aus dem Joch 1, dem Kern 2 und dem Anker 3 sowie der Spule 4 auf dem Spulenträger 5. Im Sockel 9 des Ventils sind die Anschlüsse A und P und im Kern 2 der Anschluß R vorgesehen. In an sich bekannter Weise verbindet der Anker 3 je nach seiner Stellung wahlweise die betreffenden Anschlüsse.

Der Anker 3 wird hier mittels einer kegeligen Wendelfeder 10 in der dargestellten Position gehalten, wobei diese Feder gleichzeitig als notwendiges Druckelement für den Führungsring 7 dient, so daß in diesem Fall keine gesonderte Feder vorgesehen werden muß und die Feder 10 zwei Funktionen übernimmt. Im übrigen gilt hinsichtlich der Ausbildung und Funktion der Feder und der zusammenwirkenden Kegelflächen das, was vorher im Zusammenhang mit dem Beispiel nach Fig. 1 beschrieben wurde.

Die Fig. 3 zeigt, daß der Führungsring mit einem Schlitz 7b und am Außenumfang mit Ausnehmungen bzw. Kerben 7c versehen ist, um durch entsprechende Querschnittsreduzierung ein elastisches Umschließen des Ankers mit relativ geringer Radialkraft zu ermöglichen. Wie bereits erwähnt wurde, kann der Führungsring 7 auch aus mehreren, gesonderten Ringelementen aufgebaut sein. Insofern kann man sich vorstellen, daß beispielsweise die oben in Fig. 3 zu sehende Einkerbung 7c durch einen Schlitz 7b ersetzt wird, wie es auch gestrichelt in dieser Figur angedeutet ist.

Im übrigen besteht auch noch die Möglichkeit, daß die den Führungsring bildenden Segmente durch dünne und folienartige Überbrückungen verbunden werden, so daß trotz des segmentartigen Aufbaus des Führungsringes eine relativ leichte Handhabung bei der Montage gewährleistet ist. Schließlich kann der Führungsring auch an seinem Innenumfang mit Ausnehmungen versehen sein, so daß er nur mit Teilstrecken seines Innenumfanges gegen den Anker anliegen wird.

Claims (7)

1. Wechselstrom-Elektromagnet mit einem magnetischen Kreis, der aus einer auf einen hohlzylindrischen Spulenträger gewickelten Spule, einem Joch, einem in den hohlzylindrischen Innenraum des Spulenträgers ragenden Kern und einem in diesem Innenraum axial beweglichen Tauchanker besteht, wobei der Tauchanker mittels eines federbelasteten, auf einer ortsfesten Kegelfläche gleitend und spielfrei gegen den Anker geführten Druckelementes gegen radiale Schwingungen festgelegt ist und wobei das Druckelement auf einer Seite eine mit der ortsfesten Kegelfläche zusammenwirkende Kegelfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckelement als ein den Tauchanker (3) konzentrisch umgebender Führungsring (7) aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten ausgebildet ist, der unter der Wirkung der Feder (8, 10), die auf die seiner Kegelfläche (7a) axial gegenüberliegende Seite einwirkt, mit seiner Kegelfläche (7a) an der ortsfesten Kegelfläche (1a) anliegt und dabei in seinem Umfang elastisch so weit verformt ist, daß der Tauchanker (3) ihn spielfrei und ohne wesentliche Reibung durchlaufen kann.

2. Wechselstrom-Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (7) zumindest an einer Stelle einen radialen Schlitz (7b) aufweist.

3. Wechselstrom-Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (7) aus Ringsegmenten aufgebaut ist.

4. Wechselstrom-Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Führungsringes (7) in Teilbereichen durch Ausnehmungen (7c) reduziert ist.

5. Wechselstrom-Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelfläche (7a) des Führungsringes (7) um einen Winkel α zur Kegelachse (6) geneigt ist, der im Bereich von 40° < α < 50°, vorzugsweise bei 45°, liegt.

6. Wechselstrom-Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) als ringförmige Tellerfeder ausgebildet ist.

7. Wechselstrom-Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Tauchanker durch eine Rückstellfeder in der einen möglichen Endstellung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder gleichzeitig als die auf den Führungsring (7) einwirkende Feder (10) dient.