DE4334031A1 - Bistabiler Hubmagnet - Google Patents
Bistabiler HubmagnetInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen bistabilen Hubmagnet mit einem elek
tromagnetischen Kreis und einem permanentmagnetischen Kreis, mit
einem zwischen zwei Endlagen verstellbaren Anker, einer auf den
Anker einwirkenden und diesen in einer ersten Endlage haltenden
Feder und mit einer zum elektromagnetischen Kreis gehörenden, zur
Verstellung des Ankers bestrombaren und gegenbestrombaren Wick
lung.
Bekannte permanent vormagnetisierte Hubmagnete sind häufig mit
zwei Wicklungen ausgestattet (DE 15 14 145 A), damit je nach
Bestromung der Wicklungen der Anker in die eine oder andere End
stellung bewegt werden kann. Dies bedingt eine recht aufwendige
Bauweise, abgesehen davon, daß zwei Wicklungen viel Platz bean
spruchen und jeweils eine der Wicklungen zum Halten des Ankers in
der einen Endlage ständig bestromt werden muß.
Bei anderen bekannten Hubmagneten (DE 38 03 938 A) mit nur einer
Wicklung wird der Anker unter Mitwirkung einer Rückstellfeder in
Richtung auf eine seiner Endlagen verstellt und in dieser Lage gehal
ten, wobei sich der elektromagnetische und der permanentmagnetische
Fluß in einem Reihenschluß befinden. Im übrigen ist bei solchen
Hubmagneten relativ viel Energie zum Aufbau eines starken elek
tromagnetischen Flusses aufzuwenden, wenn durch ungünstige Anord
nung des Permanentmagneten dessen magnetischer Widerstand zusätz
lich zu dem durch den Arbeitsluftspalt gegebenen Widerstand zu
überwinden ist.
Es gibt auch mit Rückstellfedern arbeitende Hubmagnete (DE 12 53 821 B),
bei denen der Anker in drei oder mehr permanentmagnetisch
bestimmte Raststellungen verstellt werden kann. Zu diesem Zweck
sind dann natürlich auch mindestens zwei Wicklungen und Permanent
magnete erforderlich, damit mehrere permanentmagnetische Neben
schlüsse zur Erzeugung der erforderlichen Haltekräfte für den Anker
in den jeweiligen Raststellungen verfügbar sind. Solche Hubmagnete
können zwar für bestimmte Anwendungsgebiete, bei denen etwa
neben zwei Endstellungen auch eine Zwischenstellung des Ankers
gefordert ist, vorteilhaft sein, sie bedingen aber auch eine besonders
präzise und kostenintensive Fertigung und sind im übrigen von ihren
Aufgaben und Funktionen her gesehen nicht unmittelbar mit Hubma
gneten vergleichbar, die mit jeweils einem elektromagnetischen und
permanentmagnetischen Kreis und einer Rückstellfeder ausgestattet
sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines einfach
aufgebauten und bei geringem Energieaufwand sicher funktionieren
den Hubmagneten, bei dem der permanentmagnetische Kreis die
Verstellung des Ankers in dessen eine Endlage unterstützen und
außerdem für ein sicheres Halten des Ankers in dieser Endlage sor
gen soll, ohne daß hierzu zusätzlich eine Bestromung der Wicklung
erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Hubmagneten der eingangs erwähnten
Art so gelöst, daß bei in erster Endlage befindlichem Anker und bei
Bestromung der Wicklung der permanentmagnetisch erzeugte Fluß
anfänglich im Nebenschluß zum elektromagnetisch erzeugten Fluß
verläuft, daß bei Verstellung des Ankers in Richtung auf die zweite
Endlage der permanentmagnetische und der elektromagnetische Fluß
unter Aufhebung des erwähnten Nebenschlusses in einen Reihen
schluß gelangen und einen gemeinsamen Fluß bilden und daß der
Anker bei unbestromter Wicklung in der zweiten Endlage permanent
magnetisch gehalten wird.
Bei diesem Hubmagneten wird der Anker bei unbestromter Wicklung
allein durch die Feder in der ersten Endlage gehalten, ohne daß
hierbei der permanentmagnetische Fluß eine Funktion hat. Wenn
jedoch die Wicklung zwecks Verstellung des Ankers in die zweite
Endlage bestromt wird und der Anker um eine gewisse Hubstrecke
verstellt ist, gelangen der elektromagnetische und permanentmagneti
sche Fluß in einen Reihenschluß, so daß der permanentmagnetische
Fluß zum elektromagnetischen addiert wird und der Anker schneller
und unter geringerem Energieaufwand in die zweite Endlage gebracht
wird, als wenn, wie bei sonstigen bekannten Hubmagneten, nur
elektromagnetische Kreise zum Aufbau der Verstellkräfte dienen
würden.
Bei Verstellung des Ankers in Richtung auf die zweite Endlage wird
einerseits der permanentmagnetische Nebenschluß durch Vergröße
rung eines zu diesem Nebenschluß gehörenden Luftspaltes aufgehoben
und andererseits die Summe der Luftspalte des sich einstellenden
Reihenschlusses bis zum Einfahren des Ankers in die zweite Endlage
reduziert.
Zu diesem Zweck kann insbesondere der permanentmagnetische Fluß
im Nebenschluß über einen Luftspalt auf den Anker übergehen und
über einen anderen Luftspalt aus dem Anker austreten und am Um
fang des Ankers eine Ausnehmung vorgesehen sein, welche bei
Verstellung des Ankers in die zweite Endlage die dann größere Weite
eines dieser Luftspalte bestimmt und den Nebenschluß aufhebt.
Im übrigen ist der den permanentmagnetischen Fluß erzeugende
Magnet zweckmäßigerweise in Form einer auf gleicher Achse wie der
Anker liegenden Hülse ausgebildet, die axial magnetisiert ist, wobei
sich bei in erster Endlage befindlichem Anker dessen Ausnehmung
außerhalb der Bereiche der Luftspalte befindet.
In der anliegenden Zeichnung ist ein nachfolgend beschriebenes
Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Hubmagneten mit in
erster Endlage befindlichem Anker und
Fig. 2 den Hubmagneten nach Fig. 1 mit in die zweite Endlage
verstelltem Anker.
Der elektromagnetische Kreis besteht hinsichtlich der den Fluß füh
renden Teile aus einem Kern 1, einem Gehäuse bzw. Joch 2, einer
Polplatte 3 und einem Anker 4. Zwischen der ringförmigen Polplatte
3 und dem am Kern ausgebildeten radialen Flansch 1a ist eine auf
einem Träger 5 aus Isoliermaterial befindliche Wicklung 6 angeord
net.
Zum permanentmagnetischen Kreis gehören ein Permanentmagnet 7,
die einen Polschuh bildende Polplatte 3, ein weiterer Polschuh 8 und
ein diesen Polschuh radial nach innen verlängerndes Führungselement
9 für den axial verstellbaren Anker, zwischen dessen nach der Zeich
nung rechtem Ende und dem Kern 1 eine den Arbeitsluftspalt 10 des
Hubmagneten überbrückende Feder 11 vorgesehen ist.
Die in den Figuren schräg schraffierten Teile bestehen aus magne
tisch leitendem Material und dienen zur Führung des elektromagneti
schen bzw. permanentmagnetischen Flusses, die beide auch strecken
weise durch den Anker 4 verlaufen.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Situation befindet sich der Anker 4 in
seiner ersten Endlage bzw. Ruheposition, in der er durch die Feder
11 gehalten wird. Dabei verläuft der permanentmagnetische Fluß 12
durch die Polplatte bzw. den Polschuh 3 über einen Luftspalt 14 in
den Anker 4 und von diesem über einen weiteren Luftspalt 15, das
Führungselement 9 und den Polschuh 8 zurück in den Permanentmag
neten 7.
Wenn nun die Wicklung 6 zwecks Verstellung des Ankers 4 in seine
zweite Endlage bzw. Arbeitsposition bestromt wird, ergibt sich in
den Teilen 1 bis 4 der elektromagnetische Fluß 16. Dessen Richtung
und auch die Richtung des permanentmagnetischen Flusses 12 sind in
Fig. 1 durch Pfeile markiert. Im übrigen erkennt man, daß bei die
sem Betriebszustand der Fluß 12 im Nebenschluß zum Fluß 16 ver
läuft.
Der Anker 4 führt nun eine Hubbewegung in Richtung auf seine
zweite Endlage gegen die Wirkung der sich dabei spannenden Feder
11 aus, wobei schließlich eine umlaufende Ausnehmung 17 des An
kers in den Bereich der Polplatte 3 gelangt mit der Folge, daß der
ursprünglich kleine Luftspalt 14 (Fig. 1 ) zu einem wesentlich weite
ren Luftspalt 18 (Fig. 2) wird und sich in diesem Bereich der Wider
stand für den permanentmagnetischen Fluß beträchtlich erhöht. Dieser
sucht sich deshalb einen neuen Weg mit geringerem Widerstand über
das Joch 2 und den Kern 1 und gelangt so in einen Reihenschluß mit
dem elektromagnetischen Fluß. Der sich so ergebende Gesamtfluß 19
ist in der Fig. 2 dargestellt.
Wie bereits erwähnt wurde, unterstützt der permanentmagnetische
Fluß auf diese Weise den elektromagnetischen, wodurch die Induktion
im Arbeitsluftspalt 10 vergleichsweise wesentlich höher sein wird als
wenn beide Flüsse im Nebenschluß verbleiben würden. Im übrigen
kann die Bestromung der Wicklung 6 beendet werden, sobald der
Anker 4 seine zweite Endlage gemäß Fig. 2 erreicht hat, da die dann
allein vom permanentmagnetischen Fluß, der den gleichen Verlauf
wie der Fluß 19 hat, bewirkte Haltekraft ausreicht, um den Anker 4
trotz der entgegenwirkenden Feder 11 in dieser Lage zu halten.
Zum Abwerfen des Ankers 4 wird die Wicklung 6 gegenbestromt, so
daß sich ein gegenpoliger, in Fig. 2 gestrichelt dargestellter elek
tromagnetischer Fluß 20 einstellt. Dabei wird die magnetische Induk
tion im Arbeitsluftspalt 10 kleiner, weil beide Flüsse in diesem
Luftspalt gegeneinander gerichtet sind und sich zumindest teilweise
kompensieren, so daß nun die Feder 16 den Anker 4 wieder zurück
in die erste Endlage drücken kann.
Damit der Anker hierbei nicht ins Schwingen kommt, wird die Ge
genbestromung abgeschaltet, bevor die Ausnehmung 17 den Bereich
der Polplatte 3 erreicht hat bzw. unter dieser wegtaucht. Nachdem
der Anker schließlich die erste Endlage erreicht hat, ist wieder die
Ausgangssituation gemäß Fig. 1 bei unbestromter Wicklung herge
stellt.
Den Darstellungen entsprechend ist der Permanentmagnet 7 in Form
einer auf gleicher Achse 21 wie der Anker 4 liegenden Hülse ausge
bildet, die axial magnetisiert sein muß, um die beschriebenen Ver
läufe des permanentmagnetischen Flusses zu ermöglichen. Im übrigen
muß sich bei in erster Endlage befindlichem Anker 4 dessen Aus
nehmung 17 jeweils außerhalb der Bereiche der beiden Luftspalte 14,
15 befinden. Dementsprechend kann sich die Ausnehmung 17 auch
anders als in Fig. 1 dargestellt an dem frei nach außen ragenden Teil
des Ankers befinden.
Claims (4)
1. Bistabiler Hubmagnet mit einem elektromagnetischen Kreis und
einem permanentmagnetischen Kreis, mit einem zwischen zwei
Endlagen verstellbaren Anker (4), einer auf den Anker ein
wirkenden und diesen in einer ersten Endlage haltenden Feder
(11) und mit einer zum elektromagnetischen Kreis gehörenden,
zur Verstellung des Ankers bestrombaren und gegenbestrom
baren Wicklung (6), dadurch gekennzeichnet, daß bei in erster
Endlage befindlichem Anker (4) und bei Bestromung der Wick
lung (6) der permanentmagnetisch erzeugte Fluß (12) anfäng
lich im Nebenschluß zum elektromagnetisch erzeugten Fluß
(16) verläuft, daß bei Verstellung des Ankers (4) in Richtung
auf die zweite Endlage der permanentmagnetische und der
elektromagnetische Fluß unter Aufhebung des erwähnten Ne
benschlusses in einen Reihenschluß gelangen und einen gemein
samen Fluß (19) bilden und daß der Anker (4) bei unbestrom
ter Wicklung (6) in der zweiten Endlage permanentmagnetisch
gehalten wird.
2. Hubmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Verstellung des Ankers (4) in Richtung auf die zweite Endlage
einerseits der permanentmagnetische Nebenschluß durch Ver
größerung eines zu diesem Nebenschluß gehörenden Luftspaltes
(14) aufgehoben wird und andererseits die Summe der Luft
spalte (10, 15) des sich einstellenden Reihenschlusses bis zum
Einfahren des Ankers (4) in die zweite Endlage reduziert wird.
3. Hubmagnet nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß bei in erster Endlage befindlichem Anker (4)
der permanentmagnetische Fluß (12) im Nebenschluß über
einen Luftspalt (14) auf den Anker übergeht und über einen
anderen Luftspalt (15) aus dem Anker austritt und daß der
Anker am Umfang mit einer Ausnehmung (17) versehen ist,
welche bei Verstellung des Ankers in die zweite Endlage die
dann größere Weite eines Luftspaltes (14) bestimmt und den
Nebenschluß aufhebt.
4. Hubmagnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
den permanentmagnetischen Fluß erzeugende Magnet (7) in
Form einer auf gleicher Achse (21) wie der Anker (4) liegen
den Hülse ausgebildet ist, die axial magnetisiert ist, und daß
sich bei in erster Endlage befindlichem Anker dessen Ausneh
mung (17) außerhalb der Bereiche der Luftspalte (14, 15)
befindet.
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