[0001] Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Auslösevorrichtung, die insbesondere
für den Antrieb von Druckhämmern verwendet werden kann.
[0002] Es sind eine Vielzahl von Druckhammerantrieben, so auch aus der Deutschen Patentschrift
1 276 380 (Docket 25 450a), bekannt, bei denen der Druckhammer von zwei parallelen
einseitig eingespannten Blattfedern getragen wird. Die im ausgelenkten Zustand des
Druckhammers gespeicherte Energie dient der Druckhammerbetätigung. Der Druckhammer
wird durch einen Elektromagneten in vorgespannter Lage gehalten. Bei Druckhammerantrieben
dieser Art ist jedoch ein relativ hoher Energiebetrag zur Druckhammerbetätigung aufzuwenden.
[0003] Des weiteren sind in der Deutschen Offentlegungsschrift 28 37 550 (Docket GE 978
023) und 28 37 602 (Docket GE 978 024) Anordnungen zur Verwendung in Druckern beschrieben,
welche von der Verwendung sog. seltener Erdmagnete Gebrauch machen.
[0004] Die Anordnung gemäß OS 28 37 550 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Haltesystems
für Auslösevorrichtungen mit einem Bewegungselement, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß das ausgelöste Bewegungselement durch Wirkung magnetischer Kräfte oder durch
Wirkung einer Feder in Wirkrichtung eine Beschleunigung erfährt, und daß für den Haltezustand
durch Überlagerung des Potentialfeldes eine oder mehrere Magnetschneiden mit einem
weiteren Potentialfeld, basierend auf einer mechanischen Vorspannung des Bewegungselementes
durch die Feder und/oder auf einem Magneten, eine Gesamtpotentialverteilung mit einer
relativ stabilen Halteposition hoher potentieller Energie für das Bewegungselement
erzeugt wird, aus der heraus das Bewegungselement durch Aufwendung einer die Halteposition
überwindenden Auslösekraft ausgelöst wird.
[0005] Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß
ein mit einem ersten Magneten versehenes Bewegungselement vorgesehen ist, welcher
an einem oder mehreren anderen Magneten vorbeibewegbar ist, und daß ein weiterer die
relativ stabile Halteposition bedingender Magnet vorgesehen ist.
[0006] Die Anordnung nach OS 28 37 602 stellt eine Anordnung für eine berührungsfreie Umsetzung
von Rotationsenergie in Energie einer translatorischen oder Schwenkbewegung eines
Feder-Masse-Schwingers dar, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß auf dem Feder-Masse-Schwinger
ein erster Magnet angeordnet ist, daß auf einer drehbaren Welle ein zweiter Magnet
angeordnet ist, daß der zweite Magnet oder ein mit ihm verbundenes magnetisch leitendes
Element an dem ersten Magneten unter Ausbildung magnetischer Schneidenkräfte vorbeibewegbar
ist, wodurch der Feder-Masse-Schwinger auslenkbar ist.
[0007] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektromagnetische Auslösevorrichtung, insbesondere
zur Verwendung für Druckhammerantriebe anzugeben, welche bei geringem Platzbedarf
und geringer Auslöseenergie, eine relativ große kinetische Energie zu erzeugen erlaubt.
[0008] Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden
Teil des:Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
[0009] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
[0010] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden
im folgenden näher beschrieben.
[0011] Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer elektromagnetischen Druckhammer-Auslösevorrichtung,
Fig. 2 eine schematische ausschnittsweise perspektivische Darstellung eines bewegbaren
spulenumwundenen Magneten, der zwischen zwei stationären Magneten gemäß Fig. 1 angeordnet
ist,
Fig. 3 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung einer Druckhammerbank mit
einer als Druckhammer ausgebildeten Anordnung gemäß Fig. 1,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine Druckhammerbank mit gegeneinander versetzt angeordneten
Druckhämmern, die mit einer gemeinsamen Rückholanordnung verbunden sind,
Fig. 5 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung dreier Magnetpaare, von
denen das eine Paar mit einer Spule verbunden bewegbar zwischen den stationären anderen
Magnetpaaren angeordnet ist.
[0012] In Fig. 1 ist in schematischer Schnittdarstellung eine elektrisch gesteuerte Durckhammerauslösevorrichtung
gezeigt. In dieser Vorrichtung ist ein spulenumwundener Magnet 3 bewegbar zwischen
zwei stationären Magneten 1 und 2 angeordnet. Der Magnet 3 ist in Bewegungsrichtung
D kürzer als die stationären Magnete 1 und 2. Die Magnetisjerungsrichtung der stationären
Magnete 1 und 2 ist gleich und mit M1 bzw. M2 gekennzeichnet. Die Magnetisierungsrichtung
M3 des bewegbaren Magneten 3 verläuft entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung
der beiden erstgenannten Magnete 1 und 2. Die Magnetisierungsrichtung aller Magnete
1, 2, 3 verläuft senkrecht zur Bewegungsrichtung D des Magneten 3. Zum besseren Verständnis
der Form der Magnete und ihrer gegenseitigen Anordnung sei auf die perspektivische
Darstellung in Fig. 2 verwiesen. Um den Magneten 3 ist eine Spule 4 angeordnet. Die
Anordnung dieser Spule unterliegt der Bedingung, daß die für die Kraftwirkung beim
Auslösevorgang wesentlichen Windungsteile 4-1 (schwarz ausgezogen) innerhalb des von
den Magneten 1 und 2 eingeschlossenen Raumes hoher magnetischer Flußdichte verlaufen.
Der außerhalb dieses Raumes verlaufende mit 4-2 gekennzeichnete Spulenteil liegt in
einem Gebiet geringerer magnetischer Flußdichte und trägt daher nur geringfügig zur
Auslösekraft bei. Als Magnete müssen solche verwendet werden, die sich schwer entmagnetisieren
lassen. Diese Bedingungen erfüllen insbesondere Seltene-Erd-Magnete. Wegen ihrer großen
magnetischen Energiedichte werden nur kleine Magnetvolumina benötigt und die Magnete
behalten auch in offenen Magnetkreisen mit abstoßenden Magneten ihre Magnetisierung
bei. Durch Wirksamwerden sog. magnetischer Schneidenkräfte zwischen den Magneten 1
und 3 bzw. 3 und 2 wird das bewegbare Aktionsglied 9 in eine durch den Pfeil S gekennzeichnete
Stopp-Position 8 gezwungen. Diese Stopp-Position kann beispielsweise durch eine Stellschraube
7, welche in der Sohle des U-förmigen Trägers 6 für die Magnete 1 und 2 angebracht
ist, gebildet werden. Der bewegbare Magnet 3 und die Spule 4 sind zu einem Grundkörper
mit einem Hammerkopf 5 vergossen (siehe auch Fig. 3), welcher in seiner Gesamtheit
das Aktionsglied 9 bildet. Für eine Auslösung des Aktionsgliedes 9 aus seiner Stopp-Position
in Richtung des Pfeiles D wird die Spule 4 mit einem Auslösestrom beaufschlagt. Durch
den Spulenteil 4-1 im Magnetfeld der Magnete 1 und 2 wird die wesentliche Kraft zur
Wirkung in Pfeilrichtung D erzeugt (diese Kraftwirkung würde aufgehoben, wenn sich
der Spulenteil 4-2 ebenfalls im gleichen Feld zwischen den Magneten 1 und 2 befände).
[0013] Durch diese Kraftwirkung gelangt der Magnet 3 aus dem Gebiet der in Richtung S wirkenden
Schneidenkräfte über eine Gleichgewichtsposition in das Gebiet der in Richtung D wirkenden
Schneidenkräfte. Durch diese Schneidenkräfte erfährt das Aktionsglied 9 die für den
Druckvorgang erforderliche kinetische Energie.
[0014] über magnetische Schneidenkräfte sind genauere Einzelheiten in der Deutschen Offenlegungsschrift
OS 28 37 550 ausgesagt. Dort heißt es: "Zur qualitativen Kennzeichnung üblicher Magnetkräfte
sei zunächst auf die altbekannte Tatsache hingewiesen, daß beim Annähern zweier gleichartiger
Magnetpole hohe Abstoßungskräfte auftreten, welche mit abnehmender Entfernung zwischen
beiden Magnetpolen stark abnehmen. Neben diesen Kräften für abstoßende Konfigurationen
gibt es natürlich auch solche für anziehende Konfigurationen. Bei den letzteren werden
ungleichnamige Magnetpole einander angenähert.
[0015] Als magnetische Schneidenkräfte werden solche verstanden, die beim Vorbeibewegen
sich anander anziehender oder abstoßender Magnete in Bewegungsrichtung auftreten.
[0016] Das Rückstellen des Aktionsgliedes 9 in seiner Aus
gangsposi- tion kann mit Hilfe mechanischer Rückstellkräfte oder mit Hilfe eines auf
die Spule 4 zu gebenden Rückstellstroms erfolgen. Für den letzteren Fall müßte sich
der Spulenteil 4-2 in ausgelenkter Position des Aktionsgliedes 5 in dem Bereich starker
magnetischer Flußdichte zwischen den Magneten 1 und 2 befinden. Ein Rückstellstrom
würde dann eine Kraftwirkung in Pfeilrichtung S bedingen. Dadurch würden die in Pfeilrichtung
D wirkenden magnetischen Schneidenkräfte überwunden bis die in Pfeilrichtung S wirkenden
magnetischen Schneidenkräfte zwischen den Magneten 1 und 3 bzw. 2 und 3 das Aktionsglied
9 in seine Stopp-Position zwingen würden.
[0017] In Fig. 3 ist eine Druckhammerbank in auseinandergezogener ausschnittsweiser, perspektivischer
Darstellung gezeigt. Aus Vereinfachungsgründen entfällt in dieser Darstellung jedoch
die Stellschraube 7 (siehe Fig. 1) für die Stopp-Position des Aktionsgliedes 9. Das
Aktionsglied 9 ist als Druckhammer ausgebildet; es ist in bekannter Weise auf zwei
Blattfeder 10 und 11 gelagert. Die Spulenanschlüsse sind mit 12 und 13 gekennzeichnet,
sie können den Blattfedern 10 und 11 verbunden sein, über die dann die Stromzuführung
erfolgen würde. Für die Ausbildung des Aktionsgliedes 9 gibt es eine Vielzahl von
Möglichkeiten. So könnte beispielsweise der Grundkörper dieses Gliedes in Kunststoffschalenbauweise
unter Einschluß des Magneten 3 und der Spule 4 ausgebildet sein. Der Druckhammerkopf
9 könnte an seiner Schlagfläche eine metallisierte Auflage erhalten. Die Blattfedern
10 und 11 können z. B. durch eine entsprechende Klebverbindung mit dem Aktionsglied
verbunden sein. Die Wirkungsweise dieser in Fig. 3 gezeigten Anordnung für den Druckvorgang
ist die gleiche wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Das Rücksetzen des Aktionsgliedes
9 in seine Ausgangsposition würde durch die Blattfedern 10 und 11 unterstützt werden,
denen neben dieser Funktion auch die Führung des Aktionsgliedes 9 zukäme. Die Blattfedern
werden durch die Schneidenkräfte gleichzeitig mit der Erzeugung der kinetischen Energie
des Aktionsgliedes 9 gespannt. Dadurch wird die Gleichgewichtsposition des Aktionsgliedes
9 in eine Position (in Richtung D) verlagert. In dieser Gleichgewichtsposition würde
das Aktionsglied 9 ohne weitere Rückstellkräfte durch die Blattfedern nach erfolgtem
Druckvorgang zurückgeholt werden. Über den in Fig. 3 dargestellten Teil hinaus aber
sei bemerkt, daß bei einer solchen Druckhammerbank benachbarte Aktionsglieder immer
einen gemeinsamen zwischen ihnen liegenden, festen stationären Magneten (1 bzw. 2)
haben. Eine
Ausnähme in diesem Zusammenhang bilden lediglich die an den Enden der Druckhammerbank
liegenden Aktionsglieder.
[0018] In Fig. 4 ist die Aufsicht auf eine Druckhammerbank mit gegeneinander versetzt angeordneten
Druckhämmern und mit einer Rückholanordnung gezeigt. Aus Vereinfachungsgründen sind
nur zwei übereinanderliegende Druckhämmer 14 und 15 dargestellt. Jeder Druckhammer
besteht, wie auch in Fig. 1 und 3, aus einem Grundkörper, in dem ein Magnet und eine
ihn umgebende Spule eingebettet ist. Jeder Druckhammer wird von zwei Blattfedern geführt.
Die beiden Druckhämmer sind derart gegeneinander versetzt, daß ihre Blattfedern an
entgegengesetzten Stellen der Druckhammerbank fixiert sind und daß ihre Hammerköpfe
in einer Reihe ausgerichtet sind. Der Grundkörper der Druckhammerbank ist mit 14-5
gekennzeichnet, die beiden Druckhämmer mit 14 und 15. Der Druckhammer 14 enthält den
Magneten 14-1 mit der ihn umgebenden Spule 14-2. Er ist über die Blattfeder 14-3 und
14-4 dem oberen Schenkel des Grundkörpers 14-5 verbunden. Entsprechendes gilt für
den in der Darstellung nach Fig. 4 unter dem Hammer 14 liegenden Hammer 15, dessen
Magnet mit 15-1 und dessen diesen Magneten umgebende Spule mit 15-2 gekennzeichnet
ist. Die ihn tragenden Blattfedern 15-3 und 15-4 sind mit dem unteren Schenkel des
Grundkörpers 14-5 verbunden. Auf die Darstellung der die Magnet 14-1 bzw. 15-1 einschließenden
stationären Magnete wurde aus Vereinfachungsgründen verzichtet. Bei entsprechendem
Stromfluß der Spulen 14-2 bzw. 15-2 erfährt der entsprechende Druckhammer eine Kraftwirkung
in Pfeilrichtung D für den Auslösevorgang. Für das gemeinsame Zurückstellen aller
Druckhämmer der Druckhammerbank in ihre Ausgangsposition ist eine gemeinsame Rückholvorrichtung
vorgesehen. Diese besteht aus einem in einer Führung 23 hin und her bewegbar angeordneten
Führungsstück 18, welches über elastische Elemente 16 und 17 mit den rückwärtigen
Enden der Druckhämmer 14 und 15 verbunden ist. Diese elastischen Elemente können Zugfedern
sein. Das Führungsstück 18 wird über einen Exzenterantrieb 21/20 angetrieben. Dieser
Exzenterantrieb (stationäre Achse 21 mit azentrischer Exzenterscheibe) wirkt in einer
Aussparung 19 im Führungsstück 18. Bei einer Drehung des Exzenters führt das Führungsstück
18 innerhalb der Führung 23 eine Hubbewegung aus, wodurch die ausgelenkten Druckhämmer
durch die elastischen Elemente über den Bereich der in Richtung D wirkenden magnetischen
Schneidenkräfte in den Bereich der in Richtung S wirkenden magnetischen.Schneidenkräfte
in ihre Ausgangsposition zurückgezogen werden. Die Ausgangsposition ist durch die
Anschläge 14-6 bzw. 14-7 festgelegt.
[0019] In Fig. 5 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung dreier Magnetpaare
gezeigt, von denen eines mit einer Spule verbunden bewegbar zwischen den verbleibenden
stationären anderen Magnetpaaren angeordnet ist. Bei dieser Anordnung liegen beide
Seiten (23-1 und 23-2) der Spule 23 des Aktionsgliedes 24 immer in einem Gebiet hoher
magnetischer; Flußdichte, daß von dem Magnetpaar 22-2/22-3 bzw. 21-2/21-3 1 erzeugt
wird. Die Magnetpaare 22-2/22-3 und 21-2/21-3 sind benachbart angeordnet und aufeinander
ausgerichtet. Die Magnete dieser Magnetpaare sind soweit voneinander beabstandet,
daß zwischen ihnen ein in Pfeilrichtung D bewegbares Aktionselement 24 angeordnet
werden kann. Dieses Aktionsglied besteht aus der Folge eines Magneten 22-1, einer
Spule 23 und eines Magneten 21-1. Der Magnet 22-1 befindet sich zwischen den Magneten
22-2 und 22-3, der Magnet 21-1 zwischen den Magneten 21-2 und 21-3. Die Magnete 22-1
und 21-1 haben (in Bewegungsrichtung des Aktionsgliedes 24 gesehen) eine geringere
Länge als die Magnete 22-2, 22-3, 2,1-2 und 21-3. Auf diese Weise bleibt der zwischen
den Magneten 22-1 und 21-1 angeordneten Spule 23 ausreichend Platz, um mit ihren für
die Kraftwirkung in Pfeilrichtung D maßgebenden Spulenteilen 23-1 und 23-2 einerseits
zwischen den Magneten 22-2 und 22-3 und andererseits zwischen den Magneten 21-2 und
21-3 zu liegen. Die Magnetisierungsrichtung M22-2 und M22-3 der Magnete 22-2 und 22-3
ist gleich und der Magnetisierungsrichtung M22-1 des zwischen ihnen angeordneten Magneten
22-1 entgegengerichtet. Ebenso ist die Magnetisierungsrichtung M21-2 und M21-3 der
Magnete 21-2 und 21-3 gleich und zu der M21-1 des zwischen ihnen liegenden Magneten
21-1 entgegengerichtet; jedoch verlaufen die Magnetisierungsrichtungen M22-1 und M22-2
einander entgegengesetzt. Durch eine derartige Anordnung ergibt sich beim Fließen
eines Stroms in den Spulenteilen 23-1 und 23-2 eine Kraftwirkung in Pfeilrichtung
D. Durch die besondere Konfiguration dieser Anordnung gemäß Fig. 5 ist es möglich,
am Auslösevorgang des Aktionsgliedes 24 beide Spulenteile 23-1 und 23-2 gleichwertig
teilnehmen zu lassen (im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. 1). Diese Möglichkeit
erfordert jedoch einen höheren konstruktiven Aufwand.
1. Elektromagnetische Auslösevorrichtung mit einem mit mindestens einem ersten Magneten
versehenen Bewegungselement, welcher zwischen anderen Magneten unter Wirkung magnetischer
Schneidenkräfte bewegbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Magnet (3) durch die magnetischen Schneidenkräfte in eine durch einen
Anschlag (8) gebildete Ausgangsposition bringbar ist,
daß der erste Magnet (3) mit einer Auslösespule (4) umgeben ist, deren für eine Kraftwirkung
in Auslöserichtung (D) wirksame Spulenteil (4-1) in dem Raum liegt, der von den Magneten
(1, 2) gebildet wird, zwischen denen sich der erste Magnet (3) befindet,
und daß durch die durch die Spulenerregung bedingte Auslösekraft der erste Magnet
(3) gegen Wirkung der magnetischen Schneidenkräfte aus der Ausgangsposition in eine
Lage bringbar ist, von der ab die magnetischen Schneidenkräfte das Bewegungselement
(9) in eine Richtung (D) entgegengesetzt zur Ausgangsposition beschleunigen.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bewegungselement (9) mit einer oder mehreren Federn (10, 11, 16, 17) verbunden
ist, durch die es aus ausgelenkter Position in seine Ausgangsposition ganz oder teilweise
zurückführbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Spulenteile (4-2) der Auslösespule (4) bei ausgelenkter Position des Bewegungselementes
(9) in dem Raum zwischen den Magneten (1, 2) liegt, und daß bei entsprechender Erregung
der Auslösespule (4) auf das Bewegungselement (9) eine Kraft in Richtung (S) zu seiner
Rückführung in die Ausgangsposition (8) ausgeübt wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bewegungselement zwei in Bewegungsrichtung nacheinander angeordnete Magnete
(22-1, 21-1) und eine zwischen diesen angeordnete Auslösespule (23) aufweist, daß
der erste (22-1) dieser Magnete zwischen einem stationären Magnetpaar (22-2, 22-3)
und der zweite (21-1) dieser Magnete zwischen einem zweiten stationären Magnetpaar
(21-2, 21-3) bewegbar ist,
und daß die für die Auslösekraft des Bewegungselementes wirksamen Teile der Spule
(23-1, 23-2) in dem Raum des vom ersten stationären (22-2, 22-3) und zweiten (21-2,
21-3) stationären Magnetpaar liegen.
5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4 zur Anwendung für Druckhammerantriepe.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bewegungselement mittels zweier Blattfedern (10, 11; 14-4, 14-5; 15-3, 15-4)
gelagert ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere jeweils einen Druckhammer darstellende Bewegungselemente (14, 15) derart
zu einer Druckhammerbank zusammengefaßt sind, daß die Bewegungselemente für nebeneinanderliegende
Druckhämmer entgegengesetzt angeordnet sind und daß die Druckhämmer über eine Feder
(16, 17) mit einem gemeinsamen exzentergetriebenen Rückstellglied (18) verbunden sind.
8. Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß benachbarte Bewegungselemente jeweils ein oder mehrere stationäre Magnete gemeinsam
haben.