Hubmagnet

Abstract

 Für einen Hubmagneten mit einem rahmenförmigen Joch, darin vorgesehenem Wicklungsträger und einem am Jochboden angeordneten, in den Wicklungsträger hineinragenden Polkern wird vorgeschlagen, das Joch als einstückigen Magnetrahmen (14) auszubilden. Dabei ist der Magnetrahmen vorzugsweise als Stanz-Beigeteil ausgeführt und der Polkern (3', 3", 3"') ebenfalls einstückig mit dem Magnetrahmen als zylinderförmiger, offener Blechdurchzug, als geschlossener zylinderförmiger Dom (19) oder als kegelförmige Prägung ausgebildet. Es wird weiterhin ein Verfahren vorgeschlagen, um einen derartigen Hubmagneten unter Verwendung eines vorgefertigten, vorgebogenen Magnetrahmens in einer Montagevorrichtung herzustellen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hubmagneten mit einem, den magnetischen Rückschluß zum Anker bildenden, rahmenförmigen Joch, sowie einem in das Joch eingefügten, die Erregerwicklung tragenden Wicklungsträger, in dem der axial verschiebbare Anker geführt ist und wobei ein am Boden des Jochteiles angeordneter Anker-Gegenpol teilweise in den Wicklungsträger eintaucht, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Hubmagneten.

[0002] Derartige Hubmagnete dienen zum Antrieb mechanischer Stellglieder, wobei bei der Bestromung der Erregerwicklung des Hubmagneten der Anker aus einer Anfangslage heraus gegen den Anker-Gegenpol gezogen wird und dabei die Betätigung des Stellgliedes bewirkt. Die Rückkehr_..des Ankers in die Anfangslage erfolgt dabei im allgemeinen durch eine Federkraft bei Abschaltung der Erreger-Bestromung.

[0003] Hubmagnete der eingangs erläuterten Art sind allgemein bekannt. Hierbei ist ein U-förmiges Joch vorgesehen, wobei in den Jochboden ein Pol-Kern (Anker-Gegenpol) eingenietet ist. Außer der Leitung des Magnetflusses dient der Polkern dabei zur zentrischen Aufnahme und Führung des Wicklungsträgers. In das U-förmige Joch ist dabei der Wicklungsträger eingesetzt und es ist eine Deckplatte vorgesehen, die mit einer zentrischen Bohrung versehen, über einen Kragen des Wicklungsträgers geschoben und mit den Enden der Jochseitenteile verbunden/vernietet ist. Die Ausrichtung der Deckplatte zum Joch hin erfolgt über Ausnehmungen an den Jochseitenteilen, deren Tiefe der Dicke der Deckplatte entspricht. Für eine optimale Funktion des Hubmagneten ist es dabei erforderlich, daß die Achsen des Polkernes sowie des im Wicklungsträger geführten Ankers genau fluchten.

[0004] Bei der Herstellung derartiger Hubmagnete entstehen jedoch häufig Fluchtungsfehler durch Rundlaufungenauigkeiten des Nietzapfens des Polkernes, schiefes Einnieten des Kernes, Mittenversatz der Deckplattenbohrung, sowie Fügespalte zwischen Joch und Deckplatte und zwischen Joch und Kernnietzapfen.

[0005] Außerdem tritt durch die unvermeidbaren Fügespalte eine Erhöhung des magnetischen Widerstandes des Eisenkreises auf, der eine erhöhte elektrische Erregerleistung erfordert. Weiterhin sind aufwendige Vorkehrungen erforderlich, um eine Verformung der Jochschenkel beim Nieten der Deckplatte zu vermeiden.

[0006] Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend erläuterten Nachteile, einen Hubmagneten zu schaffen, der aus nur wenigen Einzelheiten besteht, kostengünstiger herstellbar ist und dabei in bezug auf erzielbare Hubarbeit sowie Kennlinienverlauf weitestgehend den bekannten Bauformen und -größen entspricht.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Joch als einstückiger Magnetrahmen ausgebildet und als Stanz-Biegeteil aus einem Blechzuschnitt geformt ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7-näher erläutert.

[0008] .Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugehen, mittels dem ein derartig gestalteter Hubmagnet kostengünstig hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Magnetrahmen verwendet wird, dessen obere Enden rechtwinklig zu den Seitenteilen (Jochschenkel) abgebogen sind und dessen Seitenteile soweit vorgebogen sind, daß der Wicklungsträger noch in den Rahmen einfügbar ist, daß der Magnetrahmen mit dem eingefügten Wicklungsträger in eine Montagevorrichtung eingesetzt wird, daß darin die Seitenteile in ihre endgültige, rechtwinklige Lage gebogen werden, wobei die freien Enden des Magnetrahmens mit hierzu vorgesehenen halbkreisförmigen Ausnehmungen den oberen Kragen des Wicklungsträgers umgreifen und dabei zur gegenseitigen Anlage gelangen, und daß die Enden des Magnetrahmens durch einen Schweißvorgang (Lichtbogen-, Laserschweißung u.ä.) miteinander verbunden werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines Herstellungsverfahrens sind in den Ansprüchen 9 und 10 näher erläutert.

[0009] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei der Ausbildung des "aktiven" Eisenkreises des Hubmagneten als einstückiger Magnetrahmen, die Fügespalte, die bei den bislang verwendeten, eingeniete-ten Deckplatten immer vorhanden waren, vollständig entfallen. Bei Formung des Anker-Gegenpoles als aus dem Material des Jochbodens herausgeprägten Dom bzw. Durchzug entfällt weiterhin das Einnieten des Kern-Polstückes, wobei auch hier Fügespalte- vollständig vermieden werden.

[0010] Dabei ist durch die einstückige Ausbildung des Magnetrahmens und des Anker-Gegenpoles stets die genau zentrische Lage des Anker-Gegenpoles gewährleistet und nicht mehr von herstellungsbedingten Mittenabweichungen des Kernansatzes bzw. Einnietgenauigkeiten abhängig. Herstellungsbedingte Fluchtungsfehler bei exzentrischer Lage des Nietansatzes des Anker-Gegenpoles, sowie bei schiefem Einnieten des Anker-Gegenpoles entfallen vollständig.

[0011] Der erfindungsgemäße Hubmagnet kann in seinen äußeren geometrischen Abmessungen vollständig entsprechend den bislang verwendeten Ausführungen ausgebildet sein und weist dabei die gleichen charakteristischen Betriebsdaten auf (Austauschbarkeit) - ist jedoch wesentlich kostengünstiger herstellbar. Darüber hinaus können die Betriebskenndaten wesentlich gleichmäßiger eingehalten werden, ohne daß aufwendige Montage- und Kontrollvorrichtungen verwendet werden müssen. Durch das angegebene Herstellungsverfahren wird der Fertigungsablauf auf wenige Arbeitsgänge reduziert, die darüber hinaus ohne aufwendige Montagelehren etc. durchgeführt werden können.

[0012] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

[0013] Es zeigen

Fig. 1 A, B die Ansichten eines Hubmagneten bekannter Bauart,

Fig. 2 die Ansicht des erfindungsgemäßen Hubmagneten im Halbschnitt,

Fig. 3 die Draufsicht auf den Magneten gemäß Fig. 2,

Fig. 4 die Ansicht eines Blechzuschnittes für den Magnetrahmen des Hubmagneten,

Fig. 5 die Ansicht des Blechzuschnittes gemäß Fig.4 im Schnitt,

Fig. 6 die Ansicht eines modifizierten Blechzuschnittes für den Magnetrahmen,

Fig. 7 die Ansicht des Blechzuschnittes gemäß Fig.6 im Schnitt,

Fig. 8 die Ansicht eines weiteren modifizierten Blechzuschnittes für den Magnetrahmen,

Fig. 9 die Ansicht des Blechzuschnittes gemäß Fig.8 im Schnitt,

Fig.10 die Ansicht des unteren Endes eines Magnetankers, und

Fig.11 die Ansicht eines Montagewerkzeuges mit eingebrachtem Hubmagneten im Teilschnitt.

[0014] In den Fig. 1 A und 1 B ist ein Hubmagnet bekannter Bauart dargestellt. Der Hubmagnet besteht im wesentlichen aus einem U-förmigen Joch 1 mit einem in den Jochboden 2 eingenieteten Polkern 3. Zur Anpassung und Ausbildung einer bestimmten Arbeits-Kennlinie ist der Polkern hier beispielsweise mit einer konischen Ausnehmung 4 versehen, in die das gleichfalls konische Ende 5 des Magnetankers 6 in Anker-Endstellung eintaucht. In das U-förmige Joch ist der mit der Erregerwicklung 7 versehene Wicklungsträger 8 eingefügt, wobei dieser an seinem unteren Ende über den Polkern 3 geschoben ist und hier zentrisch geführt und gehalten ist. Der Wicklungsträger ist dabei mit einer runden, zentrischen Durchgangsöffnung versehen, in der auch der axial verschiebbare Anker 6 angeordnet und geführt ist. Am oberen Ende des Wicklungsträgers ist ein Flansch 9 vorgesehen, der mit einem Kragen 10 versehen ist. Zur Zentrierung der Halterung in diesem Bereich und eine metallische Deckplatte 11 vorgesehen, in deren zentrische Öffnung der Kragen eintaucht. Die Deckplatte ist mit den Jochschenkeln 12 durch Nietung 13 verbunden. Die Ausrichtung der Deckplatte zum Joch hin erfolgt über Ausnehmungen im Joch, deren Tiefe der Dicke der Deckplatte entspricht. Bei Bestromung der Erregerwicklung erfolgt der magnetische Fluß über den Polkern, das Joch (Jochboden, Jochschenkel), die Deckplatte und den Anker. Durch unvermeidbare Fügespalte an den Nietstellen (Polkern, Deckplatte) treten hier oftmals erhöhte magnetische Widerstände im Flußverlauf auf.

[0015] In den Fig. 2 und 3 ist ein erfindungsgemäßer Hubmagnet dargestellt. Abweichend von der bislang bekannten Bauart ist hier für den magnetischen Rückschluß zum Anker nur ein Teil vorgesehen. Dieses Teil, im folgenden als Magnetrahmen 14 bezeichnet, erfüllt gleichzeitig die Funktionen von Joch 1, Deckplatte 11 und Polkern 3 der bekannten Bauart gemäß Fig.1. Zur Verdeutlichung sind die entsprechenden Bezugszeichen der Fig. 1 A, B hier eingetragen, jedoch mit einem Index versehen.

[0016] Der einstückige Halterahmen 14 ist um den Wicklungsträger 8 herumgebogen, wobei der Polkern 3' am unteren Ende des Wicklungsträgers eintaucht und diesen hier zentrisch hält. Der Polkern ist dabei als aus dem Material des Halterahmens herausgeprägter, zylinderförmiger Blechdurchzug ausgebildet. Am anderen Ende des Wicklungsträgers greifen die abgewinkelten Enden 15 des Halterahmens über den Flansch 9 des Wicklungsträgers. Dabei sind die Enden mit halbkreisförmigen Ausnehmungen 16 versehen und umgreifen den Kragen 10 des Wicklungsträgers. Weiterhin sind an den Enden des Halterahmens Rasthaken 17 angeformt, die in Rastausnehmungen 18 im Flansch des Wicklungsträgers eingreifen und ein Zurückfedern des Halterahmens nach dem Biegen über den Wicklungsträger verhindern.

[0017] Der in der Fig.2 dargestellte Polkern 3' ist als offener Durchzug in Form eines Hohlzylinders ausgebildet, in den der Anker 6 mit seinem abgesetzten konusförmigen Ende 5' eintaucht. Die Kennlinie des Magnetsystems wird dabei durch den Konuswinkel<< bestimmt. Mit dieser Polpaarung werden vorwiegend Hubkraftkennlinien mit hoher Anfangskraft erzeugt, wobei die Kennlinienform durch Veränderung des Konuswinkels d in einem weiten Bereich variiert werden kann.

[0018] Eine andere Ausbildung des Polkernes 3" zeigt der Blechzuschnitt gem. Fig. 6,7. Hier ist anstelle des offenen Blechdurchzuges ein runder Dom 19 mit planer, geschlossener Oberfläche 20 aus dem Material des Magnetrahmens herausgeprägt. In Zusammenwirkung mit einem Anker mit planem Polende weist ein derartiges Magnetsystem eine steigende Hubkraft-Kennlinie mit hohen Endkräften auf.

[0019] Eine weitere Ausführungsform des Polkernes 3"' zeigt der Blechzuschnitt gem. Fig. 8, 9. Hier ist vorgesehen, daß der Polkern 3"' kegelförmig gestaltet ist. Auch hierbei ist der Polkern durch einen Prägevorgang aus dem Material des Jochbodens 2' geformt. Dabei ist der kegelförmige Polkern mit einer ringförmigen Stufe 26 versehen. Die hierbei ausgebildete Fläche der Stufe dient als Anschlagfläche für die vordere Ringfläche 27 des in der Fig. 10 dargestellten Magnetankers 6', wobei bei Auflage des Ankers auf dieser Stufe der kegelförmige Polkern 3"' in die entsprechend kegelförmige Ausnehmung 28 eintaucht. Maßlich sind die Kegel von Anker und Polkern, sowie die Anordnung der Stufe so aufeinander abgestimmt, daß dabei ein geringer Luftspalt zwischen den Kegelflächen bestehen bleibt. Der unterhalb der Stufe befindliche Teil 29 des Polkern-Kegels dient zur Zentrierung des Wicklungsträgers bei dessen Einfügen in den Halterahmen und gewährleistet eine zentrische Lage des Wicklungsträgers und somit zentrischen Lauf des Ankers zum Kern.

[0020] Der Magnetrahmen 14 ist aus einem Blechzuschnitt hergestellt, dessen Formgebung in den Fig.4, 5; 6,7 und 8, 9 zu erkennen ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, den Magnetrahmen als Stanz-Biegeteil zu erstellen. Im Fertigungszustand gemäß Fig.4 bis 9 ist der Blechzuschnitt ausgestanzt und es sind die Rasthaken 17 ausgeschnitten und aus der Ebene herausgebogen. Wie in den Fig. zu erkennen, ist der Polkern 3', 3", 3"' entweder als offener, zylindrischer Blechdurchzug (Fig.4, 5), als geschlossener, zylindrischer Dom 19 (Fig.6, 7) oder als kegelförmige Prägung (Fig.8, 9) ausgebildet. In den Fig. sind weiterhin die Biegelinien 21 für das spätere Biegen und Formen des endgültigen Halterahmens strichpunktiert angedeutet. Es sind Ausnehmungen 22 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß Greifarme (Klauen) der weiter unter näher erläuterten Montagevorrichtung in diese eingreifen können. Dabei sind diese Ausnehmungen so an den Biegekanten zwischen Jochboden und Jochschenkeln angeordnet, daß die Ausnehmungen sich nach dem Biegen des Halterahmens in den Jochschenkeln (Seitenteilen) befinden und die Greifeinrichtungen (Kiauen) direkt auf den Jochboden wirken können.

[0021] Aufgrund der Ausbildung des erfindungsgemäßen Hubmagneten, bzw. des Magnetrahmens ist ein besonderes Montageverfahren vorgesehen, welches anhand von Fig. 11 näher erläutert wird. Es ist ein Magnetrahmen 14 vorgesehen, dessen oberen Enden 15 bereits rechtwinklig zu in bezug auf die Seitenschenkel (Jochschenkel 12) abgebogen sind, während die Seitenschenkel in bezug auf den Jochboden 2', bzw. die Achse des Magnetsystems nur soweit vorgebogen sind, daß gerade noch das Aufstecken des Wicklungsträgers 8 auf den Polkern 3', 3" bzw. 3"' möglich ist. Nach dem Einfügen des Wicklungsträgers wird der soweit vorgefertigte Hubmagnet in eine Montagevorrichtung eingesetzt, wobei sich dann der Magnetrahmen 14 in einer Matrize 23 mit der strichpunktiert angedeuteten Kontur 24 befindet. Zwei Klauen 25 greifen sodann in die Ausnehmungen 22 des Halterahmens und ziehen/ drücken ihn mit den KräftenF in die Matrize hinein. Dabei sind die Ausnehmungen in den Jochschenkeln so angeordnet, daß die Klauen direkt auf den Jochboden 2' wirken. Beim Eindrücken des Halterahmens in die Matrize werden dann die Jochschenkel nach innen geschwenkt (Pfeilrichtung a) und gelangen mit ihren abgewinkelten Enden 15 über den oberen Flansch 9 des Wicklungsträgers. Die halbkreisförmigen Ausnehmungen 16 umgreifen dabei den Kragen 10 des Wicklungsträgers und gleichzeitig gelangen die Rasthaken 17 des Halterahmens in Eingriff mit den Rastausnehmungen 18 des Wicklungsträgerflansches 9. Es wird somit ein fester Verbund zwischen Magnetrahmen und Wicklungsträger hergestellt. Anschließend wird das so fertiggestellte Magnetsystem aus dem Montagewerkzeug entfernt und der Magnetanker eingefügt.

[0022] In Abwandlung des Herstellungsverfahrens kann auch vorgesehen sein, daß nach dem Biegen des Magnetrahmens in seine endgültige Form, die dann zusammenstoßenden Enden 15 miteinander verschweißt werden, um ein Auffedern des Halterahmens zu vermeiden.

Ansprüche

1. Hubmagnet mit einem, den magnetischen Rückschluß zum Anker bildenden, rahmenförmigen Joch, sowie einem in das Joch eingefügten, die Erregerwicklung tragenden Wicklungsträger, in dem der axial verschiebbare Anker geführt ist und wobei ein am Boden des Jochteiles angeordneter Anker-Gegenpol teilweise in den Wicklungsträger eintaucht, dadurch gekennzeichnet,
daß das Joch (1') als einstückiger Magnetrahmen (14) ausgebildet und als Stanz-Biegeteil aus einem Blechzuschnitt geformt ist.

2. Hubmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker-Gegenpol (Polkern 3") durch einen aus dem Boden des Magnetrahmens herausgeprägten zylinderförmigen Dom (19) mit geschlossener, plan und parallel zum Boden des Magnetrahmens verlaufender oberer Fläche (20) gebildet ist, wobei nach dem Einfügen des Wicklungsträgers (8) in den Magnetrahmen (14) der Dom in den Innenraum des Wicklungsträgers eintaucht und eine Zentrierung des Wicklungsträgers über die äußeren Flächen des Domes erfolgt.

3. Hubmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker-Gegenpol (Polkern 3') durch einen aus dem Boden des Magnetrahmens herausgeprägten, hohlzylindrischen Durchzug gebildet ist, wobei nach dem Einfügen des Wicklungsträgers (8) in den Magnetrahmen (14) der Durchzug in den Innenraum des Wicklungsträgers eintaucht und eine Zentrierung des Wicklungsträgers über die äußeren Flächen des Durchzuges erfolgt, und daß ein endseitiger, gegebenenfalls konischer Ansatz (5') des Ankers (6) beim Anzug (in der Anker-Endlage) in den hohlzylindrischen Durchzug eintaucht.

4. Hubmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker-Gegenpol (Polkern 3'") durch eine kegelförmige Ausprägung im Bodenteil (2') des Magnetrahmens (14) gebildet ist.

5. Hubmagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmige Ausprägung mit einer ringförmigen Stufe (26) versehen ist,
daß nach dem Einfügen des Wicklungsträgers (8) in den Magnetrahmen (14) die Ausprägung in den Wicklungsträger eintaucht und eine Zentrierung des Wicklungsträgers über den unteren Teil (29) des Kegelstumpfes erfolgt.

6. Hubmagnet nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6') mit einer dem Polkern (3"') entsprechenden kegelförmigen Ausnehmung (28) versehen ist, wobei bei Anzug des Ankers der kegelförmige Polkern in die Ausnehmung eintaucht, und daß in der Anker-Endlage (Anzugsstellung) eine vordere Ringfläche (27) des Ankers auf der Stufe (26) des Pol_- kernes zur Auflage gelangt.

7. Hubmagnet nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den oberen Enden (15) des Halterahmens (14), an deren nach innen weisenden Flächen Haltenasen (17) ausgebildet sind, die nach dem Zusammenbiegen der Seitenteile des Halterahmens über den zuvor eingefügten Wicklungsträger (8) in an dessen oberem Flansch (9) eingeformte Ausnehmungen (18) eingreifen.

8. Verfahren zur Herstellung eines Hubmagneten nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Magnetrahmen (14) verwendet wird, dessen obere Enden (15) rechtwinklig zu den Seitenteilen (Jochschenkel 12) abgebogen sind und dessen Seitenteile soweit vorgebogen sind, daß der Wicklungsträger (8) noch in den Rahmen einfügbar ist,

daß der Halterahmen mit dem eingefügten Wicklungsträger in eine Montagevorrichtung eingesetzt wird,

daß darin die Seitenteile in ihre endgültige, rechtwinkelige Lage gebogen werden, wobei die freien Enden (15) des Magnetrahmens (14) mit hierzu vorgesehenen halbkreisförmigen Ausnehmungen (16) den oberen Kragen (10) des Wicklungsträgers (8) umgreifen und dabei zur gegenseitigen Anlage gelangen, und

daß die Enden (15) des Magnetrahmens durch einen Schweißvorgang (Lichtbogen-, Laserschweißung o.ä.) miteinander verbunden werden.

9. Verfahren zur Herstellung eines Hubmagneten nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Magnetrahmen (14) verwendet wird, dessen obere Enden (15) rechtwinklig zu den_"Seitenteilen (Jochschenkel 12) abgebogen sind und dessen Seitenteile soweit vorgebogen sind, daß der Wicklungsträger (8) noch in den Rahmen einfügbar ist,

daß der Magnetrahmen mit dem eingefügten Wicklungsträger in eine Montagevorrichtung eingesetzt wird, und daß darin die Seitenteile in ihre endgültige, rechtwinklige Lage gebogen werden, wobei die freien Enden (15) des Magnetrahmens (14) mit hierzu vorgesehenen halbkreisförmigen Ausnehmungen (16) den oberen Kragen (10) des Wicklungsträgers (8) umgreifen und an der Innenseite des Halterahmens angeformte Rasthaken (17) in entsprechende, im Flansch (9) des Wicklungsträgers (8) vorgesehene Ausnehmungen (18) einrasten.

10. Verfahren zur Herstellung eines Hubmagneten nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,

daß der Halterahmen (14) in seinem unteren Bereich mit Ausnehmungen (22) in den Seitenteilen versehen ist, und

daß beim Montagevorgang Klauen (25) des Montagewerkzeuges in diese Ausnehmungen eingreifen und den Halterahmen in eine entsprechend der endgültigen Form des Halterahmens ausgebildete Matrize (23) ziehen, wobei der Halterahmen seine Restabwinkelung erfährt.

Zeichnung