DE4035889A1 - Hubmagnet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubmagneten mit einer statio­ nären Spule und einem längs der Spulenachse beweglichen ferromagnetischen Kern.

Hubmagnete sich allgemein bekannt. Um mit einem Hubmagneten eine bestimmte Kraftwirkung zu erzielen, muß ein relativ großer Strom fließen und der Aufbau eine bestimmte geome­ trische Form aufweisen. Dies führt dazu, daß die bekannten Hubmagnete eine große Masse aufweisen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Hubmagneten zu schaf­ fen, der bei geringem Gewicht hohe Kräfte aufbringen kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß weist der bewegliche Kern einen Permanent­ magneten auf, der zusammen mit dem Kern bewegt wird und im äußeren Streufeld der Spule angeordnet ist. Durch diesen erfindungsgemäßen Aufbau wird eine Doppelwirkung erzielt. Zum einen resultiert die Kraftwirkung aus dem Magnetfeld der Spule auf den ferromagnetischen Kern, bei dem es sich beispielsweise um einen Eisenkern handelt. Zum anderen wirkt insbesondere das äußere Streufeld der Spule auf den Magneten, weshalb die daraus resultierende Kraft die Kraft­ wirkung unterstützt, die vom Kern herrührt. Gemäß der Er­ findung wirkt der Kern auch für die Feldlinien des Magneten als Polschuh, weshalb sich die vom Magneten herrührenden Feldlinien in das Innere der Spule erstrecken.

Dadurch, daß bei entsprechender Polung die Kraftwirkung ge­ mäß der Erfindung erhöht ist, kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Hubmagneten mit denselben Daten die Spule verkleinert und die Bauform somit verringert werden. Ebenso kann das Kraft/Wegverhalten des Kerns je nach der Größe des Magneten bei gleicher Bauform des Hubmagneten verändert werden. Ebenso ergibt sich eine bessere Ansprechempfind­ lichkeit aus der Ruheposition heraus. Je nach Anwendungs­ fall kann der, soweit vorhandene magnetische Rückschluß darüber hinaus bei der Erfindung entfallen. Weiter kann das Magnetfeld des Magneten je nach Orientierung auf das Magnetfeld der Spule abstoßend oder anziehend wirken.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine Anwendung der Erfindung;

Fig. 5 zwei mechanisch parallelgeschaltete Ausführungsfor­ men der Erfindung;

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Anwendung als Pumpe, und

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Anwendung als Stich- und Stanzwerkzeug.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hubmagneten mit einer Spule 1, in deren Bohrung 6 ein Kern 2 angeordnet ist. Die Spule 1 ist stationär angeordnet und wird über Anschlüsse 5 mit Strom versorgt. Der ferromagnetische Kern 2, der in die Bohrung 6 hineinragt und als durchgehender Stab ausgebildet ist, weist am unteren Ende ein Arbeitsmittel 4 auf. Das Ar­ beitsmittel ist in der Ausführungsform nach Fig. 1 eine Querbohrung. Am oberen Ende des Kerns 2 ist ein Permanent­ magnet, insbesondere ein Neodym-Eisen oder Samareum-Magnet, befestigt.

Fig. 1 zeigt den stromlosen Zustand. Wird bei entsprechen­ der Polung an den Anschlüssen 5 Spannung angelegt, bewegt sich der Kern 2 zusammen mit dem Magneten 3 längs der Spu­ lenachse. D.h. der Kern 2 wird aus der Bohrung 6 getrieben, wobei die Beschleunigung des Kerns 2 schlag- oder hammerar­ tig erfolgen kann. Nach Fig. 1 wirkt der Kern 2 für den Magneten 3 als Polschuh, so daß die Feldlinien des Magneten durch die Spule hindurchlaufen. Dabei ist zu beachten, daß die Orientierung des Magneten 3 mit seinen Polen in Rich­ tung der Spulenachse erfolgte. Beim Anlegen des Stromes an die Spule 1 wirkt das Magnetfeld der Spule 1 auf das Magnetfeld des Magneten 3. Hierbei kommt insbesondere das äußere Streufeld der Spule zur Wirkung, was so nicht unge­ nutzt in den Raum streut. Mit anderen Worten, es wird auch das Streufeld zur Erzeugung einer Kraftwirkung herangezo­ gen. Zusätzlich wirkt das Magnetfeld des Magneten 3 inner­ halb der Spule 1, da der in Fig. 1 gezeigte Südpol aufgrund der Polschuhwirkung des Kerns 2 in das Innere der Spule verlagert wird.

Es ist vorteilhaft, daß der Magnet 3 in seinem Durchmesser breiter als der Kern 2 bzw. die Bohrung 6 ist, um eine größere Angriffsfläche für das Streufeld zu bieten. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform des Magneten 3 weist äußere Flächen auf, die plan sind. In anderen Ausführungsformen kann der Magnet 3 auch gekrümmt sein, um eine bessere An­ passung an das Streufeld der Spule zu erzielen. Ebenso ist es möglich, den Magneten 3 mit in einen magnetischen Rück­ schluß (nicht dargestellt) einzubeziehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen topfförmigen Aufbau handeln, um das Streufeld weiter auf den Magneten 3 zu konzentrie­ ren.

In Fig. 2 ist der Hubmagnet wiederum in Ruheposition ge­ zeigt, der abweichend von Fig. 1 eine Druckfeder 7 auf­ weist, die den Kern 2 umgibt und den Magneten 3 gegenüber der Spule 1 abhebt. Zusätzlich weist der Magnet 3 eine an­ dere Orientierung der Magnetpole als in Fig. 1 auf. Dies soll die verschiedenen Möglichkeiten der Ausführungsform der Erfindung demonstrieren. Beim Anlegen einer Spannung wird der Kern 2 in die Spule eingezogen und beim Aufheben der Erregung durch die Feder 7 in die Ruheposition zurück­ bewegt. Folglich lassen sich mit der in Fig. 2 gezeigten Anordnung schwingungsfähige Systeme aufbauen. Anstelle der in Fig. 2 gezeigten Polorientierung bei dem Magneten 3 kann auch die Polorientierung des Magneten 3 aus Fig. 1 vorgese­ hen werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der an bei­ den Kernenden Magnete 3 ausgebildet sind. Je nach Orientie­ rung der Magnete 3 bzw. des Stromflusses in der Spule 1 kann eine größere Kraftwirkung oder eine Hin- und Herbewe­ gung erzielt werden. In anderen Ausführungsformen kann an den Magneten ein magnetischer Rückschluß angreifen, so daß sich ein ringförmig geschlossener Kern ergibt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform wiederum im stromlosen Zustand, wobei sich der Hubmagnet in einer Dose oder einem Gehäuse 8 befindet. Der Kern 2 ragt durch Bohrungen in dem Gehäuse durch die Spule hindurch. Der Magnet 3 kann sich auch innerhalb der Dose bzw. des Gehäuses 8 befinden. In Fig. 4 ragt das freie Ende des Kerns 2 in eine Rastnut 10, die in einer schiefen Ebene 9 ausgebildet ist. Wird der Hubmagnet mittels einer Ansteuerelektronik 11 mit Strom versorgt, wird die Sperre freigegeben, so daß die Dose bzw. das Gehäuse 8 bis zur nächsten Rastnut 10 abwärtsrutscht. Somit kann z. B. eine Uhr, ein Kalender oder ein Transport­ mittel in Fertigungsstraßen usw. geschaffen werden. Nach der Ausführungsform von Fig. 4 kann ein wasserfester Hub­ magnet geschaffen werden, wenn die Ansteuerelektronik im Inneren der Dose mit der Spule 1 eingegossen ist, wobei le­ diglich der Kern 2 und der Magnet 3 den äußeren Einflüssen ausgesetzt sind.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei Hubmagnete mechanisch parallelgeschaltet sind, um beispielsweise die Kraftwirkung infolge der beiden bewegten Kerne 2 zu erhö­ hen. Nach Fig. 5 erfolgte das mechanische Parallelschalten durch die Magnete 3 selbst, so daß sich ein geschlossener ringförmiger Kern 2 ergibt. Die Magnete 3 können auch die gestrichelt angedeutete Verbreiterung aufweisen und besit­ zen zu der Aufnahme der Kerne 2 zwei entsprechende Bohrun­ gen.

Fig. 6 zeigt eine Anwendung der Erfindung als Pumpe. Hierzu besitzt der Kern 2 eine Längsbohrung 12. Die Bohrung 6 der Spule 1 ist am unteren Ende mit einem Verschluß und einem Einlaß 13 versehen. Am oberen Ende der Spule 1 ist ein Aus­ laß 14 ausgebildet, der mit Anschlägen 16 die Bewegung des Kerns 2 zusammen mit dem Magneten 3 begrenzt. Die Vorrich­ tung und Pumpe nach Fig. 6 ist so konstruiert, daß der Kern 2 und der Magnet 3 als Druck- und Saugkolben wirken. Im Be­ reich des Magneten 3 ist beispielsweise ein Rückschlagven­ til 15 vorgesehen. Die Pumpe nach Fig. 6 kann auch mit Zug- und Druckfedern zusammen wirken (nicht dargestellt). Das zu pumpende Medium strömt aufgrund der Pumpwirkung durch die Längsbohrung 12 und gelangt so von dem Einlaß 13 zu dem Auslaß 14.

Fig. 7 zeigt eine weitere Anwendung der Erfindung. Als Ar­ beitsmittel 4 ist eine Nadel 17 vorgesehen. In anderen Aus­ führungsformen kann anstelle der Nadel z. B. ein Stempel, ein Markierungsstift, ein Verriegelungsstift, ein Messer usw. vorgesehen sein. Wie unter Fig. 2 zuvor beschrieben, weist der Kern 2 auch nach Fig. 7 eine Druckfeder 7 auf. Die Druckfeder 7 bewirkt das Zurückstellen des Kerns 2. Wird die Vorrichtung nach Fig. 7 beispielsweise auf ein Blatt Papier gelegt, durchsticht das Arbeitsmittel 4 in Form der Nadel 17 bei der Erregung der Spule 1 das Papier. Hierbei durchtritt die Nadel 17 eine Bohrung 19, die in ei­ nem Niederhalter 18 ausgebildet ist. Der Niederhalter 18 bewirkt, daß das zu bearbeitende Material besser von dem Arbeitsmittel 4, beispielsweise der Nadel 17, leichter ab­ gestreift wird. Bei der Vorrichtung nach Fig. 7 kann es sich auch um eine Injektionsvorrichtung handeln, wobei die Nadel 17 eine Injektionsnadel ist und der Kern 2 eine Längsbohrung 12 (nicht dargestellt) aufweist. Die Zufuhr des Injektionsmittels erfolgt beispielsweise mittels eines beweglichen Schlauches, der an den Magneten 3 bzw. dem obe­ ren Ende der Längsbohrung 12 angesetzt ist.

Claims (14)

1. Hubmagnet mit einer stationären Spule und einem längs der Spulenachse beweglichen ferromagnetischen Kern, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kern (2) ein Magnet (3) befe­ stigt ist, der zusammen mit dem Kern (2) bewegt wird, und daß der Magnet (3) im äußeren Streufeld der Spule (1) ange­ ordnet ist.

2. Hubmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) ein Stab ist, und daß an einem oder beiden Stabenden ein Magnet (3) befestigt ist.

3. Hubmagnet nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Magnetpole des Magneten (3) längs der Spulen­ achse orientiert sind.

4. Hubmagnet nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Magnetpole des Magneten (3) quer zur Spulen­ achse orientiert sind.

5. Hubmagnet nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (3) in der Breite größer sind als der Kern (2) und mit der breiten Seite an dem Kern (2) befestigt sind.

6. Hubmagnet nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (3) Neodym-Eisen oder Samareum-Magnete sind.

7. Hubmagnet nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (3) so gekrümmt sind, daß sich das Streu­ feld der Spule mit dem Feldlinienverlauf der Magnete (3) deckt.

8. Hubmagnet nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kern (2) ein Arbeitsmittel (4), z. B. eine Nadel, eine Querbohrung, ein Stanzwerkzeug, ein Druckwerkzeug, ein Messer usw., ausgebildet ist.

9. Hubmagnet nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) eine Längsbohrung (12) aufweist.

10. Hubmagnet nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrung (12) Bestandteil einer Pumpe ist.

11. Hubmagnet nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubmagnet, insbesondere in einer wasserdichten Dose (8) untergebracht ist, aus der der Kern (2) heraustritt.

12. Hubmagnet nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hubmagnete mechanisch parallelgeschaltet sind.

13. Hubmagnet nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Parallelschaltung durch die Magnete (3) er­ folgt.

14. Hubmagnet nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kern (2) bzw. den Magneten (3) Zug- oder Druck­ federn angreifen.