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(11) | EP 0 127 692 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Elektromagnetischer Stösselantrieb Electromagnetic driving element Elément d'actionnement électromagnétique |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stösselantrieb, wie er im ersten Teil des Patentanspruchs 1 angegeben ist. Ein derartiger Stösselantrieb ist in der DE-A 3114834 (EP-A 0 063 233) beschrieben worden.
[0002] Das Prinzip des elektromagnetischen Antriebs, welches auch dem vorliegenden Antrieb zugrundeliegt, ist in der DE-A 2 926 276 beschrieben.
[0003] Die in der DE-A 3114834 beschriebene Ausführungform des elektromagnetischen Stösselantriebes ist durch Statorhälften E-förmigen Querschnitts gekennzeichnet, wobei die Windungen der die Statorhälften erregenden Spulen im wesentlichen zwischen den E-Schenkeln verlaufen. Die Spulen sind als Flachspulen ausgeführt, die jeweils auf den mittleren E-Schenkel einer Statorhälfte aufgesteckt sind.
[0004] Die Polenden der Jochschenkel und die darauf abgestimmten Ankerstege auf der Breitseite des Stössels quer zu seiner Antriebsrichtung zwischen den Polenden mussten bisher eine bestimmte Abmessung (z.B. 10 mm) aufweisen, damit bei Anschlagdruckern die zum Drucken erforderliche Energie bereitgestellt werden konnte.
[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, aus Gewichts-und Platzgründen, diese Abmessung zu verringern bzw. unter Ausnutzung des Antriebsprinzips vorgenannter Stössel die Kraftwirkung des Stössels bei gleichbleibender Amperewindungszahl des Elektromagneten zu erhöhen.
[0006] Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Massnahmen gelöst.
[0008] Ausführungsformen der Erfindung sind unter Bezugnahme auf zum Stand der Technik gehörende Einrichtungen in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Explosionszeichnung einer Druckstösseleinheit mit zwei Paaren sich jeweils gegenüberliegender Statorhälften, wobei jede Statorhälfte einen U-förmigen Querschnitt aufweist, die Erregerspule als Flachspule ausgeführt und jeweils zwei benachbarten Statorhälften gemeinsam ist.
Fig. 2 eine vereinfachte perspektivische Explosionszeichnung einer Druckstösseleinheit mit einem Statorhälftenpaar, wobei jede Statorhälfte einen kammartigen Querschnitt mit acht Jochschenkeln aufweist und die Erregerspule derart auf eine Statorhälfte aufsteckbar ist, dass sie vier Jochschenkel umschliesst und zwischen den beiden jeweils äusseren benachbarten Jochschenkeln keine Windungen verlaufen.
Fig. eine perspektivische vereinfachte Darstellung zum Prinzip des aus der DE-A 2926276 bekannten Druckstösselantriebes.
Fig.4 eine Explosionszeichnung der aus der DE-A 3114834 bekannten Druckstösseleinheit mit zugehörigen elektromagnetischen Antriebseinheiten.
Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch die Stegstruktur entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 4.
Fig. 6 einen zungenförmigen Stössel mit einer anderen Ausführungsform der Ankerstege als in Fig. 4 und Fig. 5.
Fig. 7 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Paares dreischenkliger Statorhälften mit einem drei Ankerstege umfassenden Stössel.
Fig. eine auszugsweise Darstellung des Verlaufes der Magnetflusslinien durch eine Statoranordnung gemäss Fig. 7.
Fig. eine auszugsweise Darstellung des Verlaufes der Magnetflusslinien durch ein Paar dreischenkliger Statorhälften, wobei der mittlere Schenkel zu seiner Polfläche hin verjüngt ist.
Fig. 10 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Paares vierschenklige Statorhälften mit einem vier Ankerstege umfassenden Stössel.
Fig. 11 eine auszugsweise Darstellung des Verlaufes der Magnetflusslinien durch eine Statoranordnung gemäss Fig. 10.
Fig. 12 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Paares vierschenkliger Statorhälften mit einem verkürzten, drei Ankerstege umfassenden Stössel und mit einem durch ein Weicheisenstück überbrückten magnetischen Arbeitsspalt.
Fig. 13 eine auszugsweise Darstellung des Verlaufes der Magnetflusslinien durch eine Statoranordnung gemäss Fig. 12.
Fig. 14 eine schematische Darstellung eines um einen Drehpunkt schwenkbaren Druckhammers mit drei Ankerstegen zur Zusammenarbeit mit einer Elektromagneteinheit gemäss Fig. 12.
[0009] Fig. 3 zeigt eine perspektivische, vereinfachte Darstellung zum Prinzip des Druckstösselantriebes gemäss der DE-A 2 926 276.
[0010] Der symmetrisch aufgebaute Elektromagnet (bestehend aus den Statorhälften 24 und 27 mit den Spulen 23 und 26) bildet zwischen gegenüberliegenden Polenden der Statorhälften 2 Arbeitsspalte. Durch die Arbeitsspalte verläuft ein Stössel 29 mit Ankerstegen 21 und 30. Jeder Ankersteg ist einem Arbeitsspalt zugeordnet und wird bei Erregung des Elektromagneten in diesen hineingezogen und dabei in Richtung des Pfeiles D beschleunigt.
[0011] Fig.4 zeigt eine Explosionszeichnung der Druckstösseleinheit mit zugehörigen elektromagnetischen Antriebseinheiten gemäss der DE-A 3114834. Dieser Anordnung liegt das gleiche Wirkungsprinzip wie dem des in Fig. 3 dargestellten Antriebs zugrunde. In Fig. 4 enthält der Stössel 5 drei Ankerstege 60, 61, 62, die denen von gegenüberliegenden E-förmigen Statorhälften 41, 51 gebildeten Arbeitsspalten zugeordnet sind. Die mittleren Polschenkel der Statorhälften sind jeweils von einer Spule 55, 45 umgeben.
[0012] Fig. zeigt eine Schnittdarstellung durch die Stegstruktur entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 4.
[0013] Dabei sind die Ankerstege 60, 61 und 62 durch dünne Brücken 63, 64 gleichen Materials wie die Ankerstege verbunden, was die Wirkungsweise der Anordnung nicht wesentlich beeinflusst.
[0014] Fig. zeigt einen zungenförmigen Stössel mit einer anderen Ausführungsform der Ankerstege als in Fig. 4 und Fig. 5. Bei diesem Stössel sind die Ankerstege 73, 74 und 75 durch schmalere dazu querliegende Rahmenteile 76, 77, 78, 79, 80, 81 verbunden, was die Wirkungsweise der Anordnung nicht wesentlich beeinflusst.
[0015] Die Erfindung stellt eine wesentliche Verbesserung des in der DE-A 3114834 beschriebenen elektromagnetischen Stösselantriebs dar. Beim Einsatz eines solchen Stösselantriebes in Drukkern kommt es insbesondere darauf an, zur Erzielung einer hohen Druckleistung den Druckstössel 28 (Fig. 3) bzw. 5 (Fig. 4) möglichst leicht zu machen. Das Gewicht dieses Stössels wird im wesentlichen von dem Gewicht der Ankerstege 21, 30 (Fig. 3) bzw. 60, 61, 62 (Fig. 4) und des Grundkörpers, in dem diese Ankerstege eingebettet sind, bestimmt. Eine Verkleinerung der Bauhöhe dieses Stössels würde zu einer geringeren Masse des gesamten Druckstössels führen, was der Forderung nach einer Erhöhung der Druckleistung entgegen käme. Eine Verkleinerung der Bauhöhe bedeutet jedoch auch eine Verkürzung der Ankerstege. Dadurch würde die magnetische Kraftwirkung auf die Ankerstege reduziert werden, was wiederum eine Reduzierung der Druckleistung nach sich ziehen würde.
[0016] Aus diesem Grunde soll eine Möglichkeit vorgesehen werden, bei gleicher Erregerspule (also gleichbleibender Amperewindungszahl) wie bei der Anordnung nach Fig. 4 der DE-A 3 114834 bei Verkürzung der Ankersteglänge eine Reduzierung der Kraftwirkung auf den Stössel zu vermeiden, bzw. bei gleichbleibenderAnkersteggesamtlänge eine erhöhte Kraftwirkung herbeizuführen, um eine Steigerung der Druckleistung zu ermöglichen. Die erfindungsgemässe Anordnung kann man sich z.B. dadurch entstanden denken, dass der mittlere Jochschenkel 53 bzw. 43 der E-förmigen Statorhälften 51 bzw. 41 (Fig.4) in zwei benachbarte Jochschenkel 100-2,102-1 (Fig. 1) aufgespalten wird, wobei entweder eine gemeinsame Basis für alle Schenkel beibehalten wird oder nicht.
[0017] Im letzteren Fall wäre es möglich, gemäss Fig. 1 auch zwei Paare einander benachbarter U-förmiger Teile von Statorhälften vorzusehen. Die Teile der Statorhälften sind mit 100, 101 bzw. 102, 103 gekennzeichnet. Die Jochschenkel der Teilhälfte 100 sind mit 100-1 und 100-2 gekennzeichnet; entsprechendes gilt für die Jochschenkel 101-1 und 101-2 der Teilhälfte 101, für die Jochschenkel 102-1 und 102-2 der Teilhälfte 102 und für die Jochschenkel 103-1 bzw. 103-2 der Teilhälfte 103. Die Teilhälften 100 und 102 sind einander benachbart, ebenso die Teilhälften 101 und 103. Beiden benachbarten Teilhälften 100 und 102 bzw. 101 und 103 ist eine gemeinsame Erregerspule 104 bzw. 105 zugeordnet. Diese als Flachspule ausgeführte Erregerspule 104 wird derart auf die beiden benachbarten Teilhälften 100 und 102 aufgesteckt, dass durch ihr Inneres die Jochschenkel 100-2 und 102-1 verlaufen. Die Windungen der Erregerspule 104 verlaufen zwischen den beiden Jochschenkel 100-1 und 100-2 der Teilhälfte 100 und den Jochschenkeln 102-1 und 102-2 der Teilhälfte 102. Analoges gilt für den beiden benachbarten Teilhälften 101 und 103, denen die Erregerspule 105 zugeordnet ist.
[0018] Wie bereits erwähnt, ist es auch möglich, beiden benachbarten Teilhälften 100 und 102 bzw. 101 und 103 eine gemeinsame, durchgehende Basis zu geben; in diesem Falle lässt sich eine Statorhälfte als ein einziges Sinterteil mit den 4 Schenkeln 100-1,..., 100-4 herstellen.
[0019] Die magnetischen Arbeitsspalten liegen zwischen den Polenden einander gegenüberstehenderjochschenkel.
[0020] Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung werden vier magnetische Arbeitsspalte gebildet, die zwischen den Polenden der Jochschenkel 100-1, 101-1; 100-2, 101-2; 102-1, 103-1 und 102-2 und 103-2 liegen. Jedem dieser magnetischen Arbeitsspalte ist in dem Druckstössel 110 ein Ankersteg zugeordnet. Die Ankerstege sind mit 106, 107, 108 und 109 bezeichnet. Sie werden bei Erregung des Elektromagneten in die ihnen zugeordneten magnetischen Arbeitsspalte hineingezogen. Dabei kommt es zu einer Bewegung des Druckstössels in Pfeilrichtung P (auf die Darstellung eines Stösselkopfes 5-1 wie in Fig. 4 wurde aus Vereinfachungsgründen in Fig. 1 und 2 verzichtet).
[0021] Massgebend für die Schnelligkeit dieser Bewegung ist die Kraftwirkung des Magnetfeldes an und in den einzelnen Arbeitsspalten auf die ihnen zugeordneten Ankerstege aus weichmagnetischem Material. Diese Kraftwirkung ist bei gleichbleibender Amperewindungszahl der Erregerspule grösser, wenn eine grössere Anzahl von Arbeitsspalten vorhanden ist. Dies liegt darin begründet, wie auch durch Messungen nachgewiesen, dass die Kraftentfaltung durch die das Antriebsprinzip bestimmenden Kanteneffekte (zwischen den Kanten des Arbeitspaltes und der Ankerstege) mitbestimmt wird und mit zunehmender Kantenzahl ansteigt.
[0022] Bei gleicher Bauhöhe (H) der Stössel gemäss Fig. 4 und Fig. 1 und gleicher Amperewindungszahl der Erregerspulen ergibt sich im ersteren Fall (Fig. 4) bei insgesamt nur drei Arbeitsspalten eine um ca. 40% niedrigere Kraftwirkung auf den Stössel als im Falle der Ausführung nach Fig. mit vier Arbeitsspalten. Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse ist es möglich, die Bauhöhe des Stössels gemäss Fig. 1, im Vergleich zu der nach Fig. 4 um ca. 25% zu verringern und dennoch gleiche Kraftwirkung auf den Stössel zu erreichen. Da diese Bauhöhenverringerung zudem mit einer Verringerung des Stösselgewichtes (durch ein geringeres Gewicht des Trägermaterials) verbunden ist und sich kleinere Massen leichter beschleunigen lassen als grosse, ist dadurch eine zusätzliche Erhöhung der Druckleistung gegeben.
[0023] Analoge Überlegungen gelten für eine Ausführungsform des elektromagnetischen Stösselantriebes nach Fig. 2. In diesem Falle sind die einander gegenüberliegenden Statorhälften 202 und 203 jeweils kammförmig mit einer Vielzahl von Jochschenkeln ausgeführt. Jede Statorhälfte besteht aus einer gemeinsamen Basis 202-0 mit beispielsweise acht Jochschenkeln 202-1 bis 202-8. Entsprechendes gilt für die Jochschenkel 203-1 bis 203-8. Auf jede Statorhälfte ist eine als Flachspule ausgeführte Erregerspule 218, 219 aufgesteckt. Die Windungen der Erregerspule 218 verlaufen zwischen den Jochschenkeln 202-2/202-3, und 202-6/202-7 für die Statorhälfte 202. Durch das Innere der Spule ragen die Jochschenkel 202-3 bis 202-6.
[0024] Zwischen den Polenden der sich gegenüberstehenden Jochschenkel beider Statorhälften werden die magnetischen Arbeitsspalte gebildet. Jedem Arbeitsspalt ist wiederum einer der magnetischen Ankerstege 210 bis 218 des Stössels 220 zugeordnet.
[0025] Auch diese Anordnung (Fig.2) gestattet im Vergleich zur Anordnung nach Fig. 4 eine wesentliche Verringerung der Bauhöhe des Druckstössels, da die gesamte Kraftwirkung auf den Druckstössel durch die Vergrösserung der Anzahl der magnetischen Arbeitsspalte bei gleichbleibender Amperewindungszahl der Spule vergrössert ist. Im Vergleich der Ausführungsform nach Fig. 2 zur Ausführungsform nach Fig. 4 kann man sich vorstellen, dass die äusseren Schenkel 54 und 52 (Fig.4) der E-förmigen Jochhälfte 50 in jeweils zwei Schenkel 202-1, 202-2 und 202-7 und 202-8 der Jochhälfte 202 (Fig.2) aufgeteilt werden, während der mittlere Schenkel 53 des der E-förmigen Jochhälfte 50 (Fig. 4) in insgesamt vier einander benachbarte Schenkel 202-3 bis 202-6 (Fig. 2) aufgeteilt wird.
[0026] Entsprechende Überlegungen gelten natürlich auch für die Statorhälfte 40 (Fig. 4) in Verbindung mit der Statorhälfte 203 (Fig. 2). Bei der Ausführungsform der Doppel-U-Statorhälften nach Fig. (die aus der Aufspaltung des gemeinsamen Mittelschenkel 53 der E-förmigen Statorhälfte 50 nach Fig.4 in zwei getrennte Magnetschenkel hervorgehen) stehen bei praktisch gleicher Erregerspule nunmehr vier (Fig. 1), anstatt der ursprünglichen drei Arbeitsspalte (Fig. 4) zur Krafterzeugung zur Verfügung. Aus diesem Grunde kann die Spule und die Druckstösselhöhe (in Längsrichtung der Ankerstege) nunmehr auf ca. % der ursprünglichen Höhe (Fig.4) reduziert werden, um die gleiche Kraft wie bei der E-förmigen Struktur der Statorhälften (Fig. 4) zu erzeugen. Eine auf % reduzierte Spulenhöhe bedeutet aber zugleich auch verringerte Wärmeverluste (proportional Ohm'scher Widerstand x Stromstärke 2). Des weiteren ist es, wie bereits erwähnt, möglich, die Statorhälften aus zwei einfachen Blechen herzustellen, auf die der Spulenkörper entsprechend aufzustecken ist. Dies ermöglicht eine sehr einfache und kostengünstige Herstellung.
[0027] Die kammartige Ausführungsform der Statorhälften nach Fig. 2 gestattet eine Reduzierung der Bauhöhe des Druckstössels (und der zugehörigen Elektromagneteinheit) auf ungefähr die Hälfte im Vergleich zu der Ausführungsform nach Fig. 4 (bei E-förmigen Statorhälften).
[0028] Im folgenden wird detaillierter erklärt, warum die Kraftwirkung bei gleichbleibender Amperewindungszahl der Erregerspule mit zunehmender Zahl der magnetischen Arbeitsspalte grösser wird.
[0029] Fig. 7 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Paares dreischenkliger Jochhälften mit einem drei Ankerstege umfassenden Stössel 700 der Aktionsrichtung gemäss Pfeil D. Der Stössel enthält die Ankerstege A1, A2 und A3. Sie sind jeweils einem magnetischen Arbeitsspalt G1, G2, G3 zugeordnet. Die magnetischen Arbeitsspalte werden voneinander gegenüberstehenden Schenkeln eines Statorhälftenpaares gebildet:
der magnetische Arbeitsspalt G1
von den Schenkeln Y11 und Y21, der magnetische Arbeitsspalt G2
von den Schenkeln Y12 und Y22, der magnetische Arbeitsspalt G3
von den Schenkeln Y13 und Y23. Auf die Darstellung der Erregerspule wurde aus Vereinfachungsgründen verzichtet. Sie würde als Flachspule ausgeführt und auf den jeweils mittleren Schenkel Y12, Y22 einer Statorhälfte aufgesteckt sein, so dass ihre Windungen zwischen dem inneren Schenkel und dem äusseren Schenkel einer Statorhälfte verlaufen. Die Polhöhe der Anordnung ist mit H gekennzeichnet.[0030] Der Verlauf der Magnetflusslinien in einer solchen Anordnung ist in Fig. 8 dargestellt. Es wird der Verlauf der Magnetflusslinien in der Schnittfläche BB von Fig. 7 gezeigt, wobei nur die für den Magnetfluss wichtigen Teile wie die Jochschenkel und die Ankerstege dargestellt sind. Die Konturlinie des gesamten Stössels 700 wurde in der Fig. aus Vereinfachungsgründen weggelassen.
[0031] Aus der Darstellung in Fig. 7 in Verbindung mit Fig. 8 ist zu erkennen, dass der mittlere Schenkel Y12 bzw. Y22 einer Statorhälfte doppelt so stark ausgeführt ist wie die Aussenschenkel Y11, Y13 bzw. Y21, Y23. Dadurch ist der mittlere magnetische Arbeitsspalt G2 auch doppelt so breit wie die zwischen den Aussenschenkeln gebildeten Arbeitsspalte G1 und G3. Die Ankerstege hingegen haben jeweils die gleichen Abmessungen. Die mittleren Jochschenkel sind deshalb stärker als die äusseren Jochschenkel ausgeführt, um zu vermeiden, dass der mittlere Jochschenkel schneller als die äusseren Jochschenkel in eine magnetische Sättigung getrieben werden.
[0032] Für die Kraftwirkung des Stössels ist im wesentlichen die Beschleunigungskraft massgebend, die beim Hineinziehen des Ankersteges in den ihm zugeordneten Arbeitsspalt ausgeübt wird. Diese Beschleunigungskraft bezüglich des mittleren Ankersteges A2 ist nahezu genauso gross wie sie wäre, wenn der Ankersteg A2 doppeltes Volumen hätte, um den magnetischen Arbeitsspalt G2 nahezu auszufüllen.
[0034] Fig.10 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Paares vierschenkliger Statorhälften mit einem vier Ankerstege umfassenden Stössel. Der Stössel ist mit 900, die Aktionsrichtung des Stössels wiederum mit einem Pfeil D gekennzeichnet, die einzelnen Ankerstege sind mit A1, A2, A3 und A4 bezeichnet. Die obere Statorhälfte weist die Jochschenkel Y101, Y102, Y103 und Y104 auf, die untere die Jochschenkel Y201, Y202, Y203 und Y204. Der Arbeitsspalt G10 wird zwischen den Polenden der Jochschenkel Y101 und Y201 gebildet; der Arbeitsspalt G11 zwischen den Polenden der Jochschenkel Y102 und Y202; der Arbeitsspalt G12 zwischen den Polenden der Jochschenkel Y103 und Y203; der Arbeitsspalt G14 zwischen den Jochschenkeln Y104 und Y204. Die Jochschenkel Y102 und Y103 bzw. Y202 und Y203 kann man sich aus Aufspaltung des Jochschenkels Y12 bzw. Y22 (Fig. 7) entstanden denken. Aus Übersichtsgründen wird in Fig. 10 auf Darstellung der Erregerspule verzichtet. Die Erregerspule würde so auf jeweils eine Statorhälfte aufgesteckt werden, dass in ihrem Innern die Jochschenkel Y102 und Y103 sind und die Windungen zwischen den Jochschenkeln Y101 und Y102 bzw. Y103 und Y104 verlaufen. Entsprechendes gilt für die Erregerspule der unteren Statorhälfte.
[0035] In der Fig. 11 ist der Verlauf der Magnetflusslinien in der Schnittfläche CC (Fig. 10) gezeigt. In Fig. 11 ist wiederum auf die Darstellung der gesamten Kontur des Stössels 900 (Fig. 10) aus Übersichtsgründen verzichtet worden, da nur die für die Führung des Magnetflusses wesentlichen Teile (Jochschenkel und Ankerstege) gezeigt werden.
[0036] Fig. 12 zeigt vereinfacht eine schematische Darstellung eines Paares vierschenkliger Statorhälften mit einem verkürzten, nur drei Ankerstege umfassenden Stössel und mit einem durch Weicheisen überbrückten magnetischen Arbeitsspalt. Die Darstellung in Fig. 12 ist aus der in Fig. 10 dadurch ableitbar, dass man sich den Stössel 900 (Fig. 10) dadurch verkürzt denkt, dass er nur noch die drei Ankerstege A102, A103 und A104 umfasst. Jeder dieser Ankerstege ist jeweils einem der Arbeitsspalte G11, G12 und G13 zugeordnet, die von den Polflächen der entsprechenden Jochschenkel - wie auch in Zusammenhang mit Fig. 10 beschrieben - gebildet werden. Der sich ergebende Unterschied beider Anordnungen liegt darin, dass dem Arbeitsspalt G10 in Fig. 10 in Fig. 12 nunmehr kein mit dem Stössel 901 verbundener Ankersteg zugeordnet ist, sondern dass dieser Arbeitsspalt durch ein den Magnetfluss gut leitendes Weicheisenstück S überbrückt ist.
[0037] Die Verkürzung des Stössels ist mit einer bedeutsamen Gewichtsverminderung verbunden. Bei dem Einsatz derartiger Stösselantriebe in Schnelldruckern kann durch eine solche Gewichtsverminderung höhere Druckgeschwindigkeit erreicht werden.
[0038] Aus Analogiegründen wurden in Fig. 12 die Bezeichnungen A102, A103, A104, G11, G12 und G13 von Fig. 10 beibehalten, ebenso auch die Bezeichnungen der Jochschenkel.
[0039] In Fig. 13 ist die Darstellung des Verlaufes der Magnetflusslinien durch die Statorhälften und die Ankerstege in der Schnittfläche DD von Fig. 12 gezeigt. Wiederum wurde aus Vereinfachungsgründen auf die Darstellung der Kontur des Stössels 901 (Fig. 2) verzichtet. Aus Fig. 13 ist im Vergleich zu Fig. 11 zu erkennen, dass die durch eine Verringerung des magnetischen Widerstandes durch Einfügung des Weicheisenstückes S in dem mit C13 bezeichneten Magnetkreis (der folgende Teile enthält: Y101, Y102 A102/G11, Y202, Y210 und die betreffenden Jochschenkel verbindenden Basisteile der Statorhälften) eine höhere Magnetflussdichte ergibt als in C11 in Fig. 11. Dadurch ist jedoch auch eine Erhöhung der am Arbeitsspalt G11 auf den Ankersteg A102 wirkenden Beschleunigungskraft gegeben.
[0040] In den Darstellungen Fig. 8, Fig. 9, Fig. 11 und Fig. 13 ist der Verlauf der Magnetflusslinien durch die Jochschenkel und die Ankerstege für verschiedene Statorformen gezeigt. Allen diesen Formen gemeinsam sind jedoch die gleiche Amperewindungszahl der nicht dargestellten Erregerspule und gleiche äussere Abmessungen der Statorhälften. Die Darstellungen beziehen sich auf eine Position der Ankerstege unmittelbar vor ihrem Eintritt in den ihnen jeweils zugeordneten Arbeitsspalt. In den Darstellungen ist die obere Statorhälfte in Schnittdarstellung gänzlich, die untere Statorhälfte nur teilweise (ohne die die Jochschenkel verbindende Basis) gezeigt. Die Magnetflusslinien und die Umrandungslinien der Statorhälften und der Ankerstege sind durch dünne durchgezogene Linien dargestellt. Der Magnetfluss im linken Teil L der Statorhälfte (Fig.8) ist höher als der im rechten Teil R. Der Grund hierfür liegt darin, dass der Magnetfluss für den rechten Teil R am Arbeitsspalt des rechten Teils des mittleren Jochschenkels Y12 einen höheren magnetischen Widerstand vorfindet, als der magnetische Widerstand für den linken Teil L beträgt, da der Magnetfluss im Arbeitsspalt G2 des linken Teiles des mittleren Jochschenkels Y12 im wesentlichen über den gut leitenden Ankersteg A2 geführt wird.
[0041] In Fig. ist in Abwandlung der Darstellung nach Fig. der Flusslinienverlauf durch ein Paar dreischenkliger Statorhälften gezeigt, wobei der mittlere Schenkel Y129 zu seiner Polfläche verjüngt ist.
[0042] Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass sich der Magnetfluss am Arbeitsspalt G29 nicht einfach durch eine Verkleinerung der Polflächen erhöhen lässt. Im Ergebnis ergibt diese Ausführungsform keine grössere Magnetflussdichte im Arbeitsspalt G29 der Mittelschenkel Y129, Y229 und damit auch keine grössere Beschleunigungskraft als es bei der Ausführungsform nach Fig. 8 der Fall ist. Die Bezeichnungen der einzelnen Teile in Fig. 9 entsprechen bis auf die letzte zusätzliche 9er Stelle denen von Fig. 8.
[0043] Die Darstellung des Verlaufes der Magnetflusslinien in Fig. 11 (vierschenklige Statorhälften) zeigt im Vergleich zu der nach Fig. 8 (dreischenklige Statorhälften), dass die dreischenklige Statorstruktur eine unerwünschte Asymmetrie für die Magnetflussdichte im linken Teil L und rechten Teil R aufweist, während eine solche Asymmetrie bei der vierschenkligen Struktur nach Fig. 11 nicht mehr auftritt. Durch die gedachte Aufteilung des Mittelschenkels Y12 (Fig.8) in zwei Mittelschenkel Y102 und Y103 in Fig. 11 wird die auf die Ankerstege wirkende Beschleunigungskraft bedeutend gesteigert.
[0044] In diesem Zusammenhang sei jedoch auch bemerkt, dass sich für den zwischen den mittleren Jochschenkeln Y102 und Y103 bzw. Y202 und Y203 liegenden Teil des Stössels auch eine Verzögerung ergibt, da auf den Ankersteg A103 nicht nur eine anziehende Kraft seitens G12 sondern eine entgegen der Bewegungsrichtung D des Stössels wirkende Anziehungskraft zwischen A103 und G11 ergibt. Es zeigt sich jedoch, dass bei einer Vergrösserung des Abstandes zwischen den Schenkeln Y102 und Y103 bzw. Y202 und Y203 die Beschleunigungskraft nur geringfügig höher liegt als bei einer Struktur mit kleinerem Abstand. Rechnungen und Versuche haben ergeben, dass man mit einer vierschenkligen Struktur gemäss Fig. 11 mit 600 Amperewindungen der Erregerspule dieselbe Beschleunigungskraft erhält wie bei einer dreischenkligen Ausführung gemäss Fig. mit 800 Amperewindungen, d.h. bei der vierschenkligen Ausführungsform werden die R[2-Verluste (R = ohmscher Widerstand, I = Stromstärke) auf 56% reduziert. Bei Anwendungen mit hoher Wiederholungsrate des Druckvorgangs wirkt auf den Stössel der vierschenkligen Struktur eine um 40% höhere Beschleunigungskraft als es bei gleicher Amperewindungszahl bei einer dreischenkligen Struktur der Fall ist.
[0045] In Fig. 14 ist die schematische Darstellung eines um einen Drehpunkt schwenkbaren Druckhammers 800 mit drei Ankerstegen 801, 802, 803 zur Zusammenarbeit mit einem Elektromagneten gemäss Fig. 12 gezeigt. Am unteren Ende des Druckhammers ist eine Blattfeder 804 mit einer Basis 805 verbunden. Die Blattfeder ermöglicht eine Bewegung des Druckhammers in und entgegen der Pfeilrichtung P. (Ebensogut sind u.a. auch Lösungen vorstellbar, bei denen die Schwenkbewegung des Druckhammers nicht mittels einer Blattfeder erreicht wird, sondern durch eine Stiftlagerung). Bei einer durch den Elektromagneten bedingten Bewegung des Druckhammerkopfes 806 in Pfeilrichtung P erfolgt ein Anschlag in Druckrichtung. In dem mittleren, entgegen der Druckrichtung P etwas erweiterten Teil des Druckhammers sind die Ankerstege 801, 802, 803 angeordnet. (Sie entsprechen den Ankerstegen A102, A103 und A104 in Fig. 12). Diese Ankerstege sind jeweils einem Arbeitsspalt zugeordnet, der von den Polenden entsprechender Jochschenkel gebildet wird. Aus Übersichtsgründen ist die Elektromagneteinheit 810 nach links versetzt gezeichnet. Der dem Ankersteg 801 zugeordnete Arbeitsspalt wird von den Polenden der Jochschenkel 810-1 und 810-2 gebildet. Der dem Ankersteg 802 zugeordnete Arbeitsspalt wird von den Polenden der Jochschenkel 810-3 und 810-4 gebildet; der dem Ankersteg 803 zugeordnete Arbeitsspalt von den Polenden der Jochschenkel 810-5 und 810-6. Die Jochschenkel 810-01 und 810-02 sind durch eine Weicheisenbrücke S miteinander verbunden. Die Jochschenkel der hinteren Statorhälfte haben die gemeinsame Basis 811, die der vorderen Statorhälfte ist mit 813 angedeutet, die für die vordere mit 814. Die Windungen der Erregerspule 813 werden zwischen den Jochschenkeln 810-1 und 810-1 sowie zwischen den Jochschenkeln 810-3 und 810-5 geführt. Analoges gilt für die Erregerspule 814 der vorderen Statorhälfte. Bei Erregung des Elektromagneten werden die vor den einzelnen Arbeitsspalten stehenden Ankerstege in die ihnen zugeordneten Arbeitsspalte hineingezogen. Dadurch erfährt jedoch der Druckhammerkopf 806 eine Bewegung in Pfeilrichtung P. Der Umstand, dass es sich bei der Bewegung des Hammers um eine Bewegung um einen Drehpunkt handelt, die etwas von einer Linearbewegung abweicht, wirkt sich im wesentlichen nicht nachteilig aus.
- der Elektromagnet mindestens ein Paar im wesentlichen symmetrisch aufgebaute, magnetisierbare Jochschenkel (202-1, 203-1) aufweisende Statorhälften (202, 203) umfasst, deren einander zugewandten Seiten zwischen den gegenüberliegenden Polenden der Jochschenkel (202-1, 203-1 bis 202-8, 203-8) miteinander fluchtende Arbeitsspalte bilden,
- in den Arbeitsspalten ein in Richtung der Fluchtlinie der Arbeitsspalte verschiebbarer, zungenförmiger Stössel (220) angeordnet ist, der für jeden Arbeitsspalt einen Ankersteg (210, 211, . . .' 217) aus magnetisierbarem Material enthält,
- die Ankerstege in der Ausgangslage des Stössels, d.h. in nicht erregtem Zustand des Elektromagneten, sich vor den jeweiligen Arbeitsspalten befinden und bei Erregung des Elektromagneten in diese Arbeitsspalte hineingezogen werden,
- und die Erregerspule des Elektromagneten auf mindestens einen Jochschenkel derart aufgesteckt ist, dass zwei wesentliche Teillängen der Spule jeweils zwischen zwei Paaren benachbarter Jochschenkel verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Statorhälfte mindestens 4 Jochschenkel aufweist, dass innerhalb der Erregerspule (218; 104) mehrere jeweils benachbarte Jochschenkel (202-3, 202-4, 202-5, 202-6,100-2, 102-1) derselben Statorhälfte (202) oder benachbarter Statorhälften (100, 102) verlaufen und dass das Volumen jedes Ankersteges in der Grössenordnung des Volumens des zugeordneten Arbeitsspaltes liegt.
- the electromagnet comprises at least one pair of substantially symmetrically designed stator halves (202, 203) with magnetizable yoke legs (202-1, 203-1), whose sides facing each other form aligned operating gaps between the opposite pole ends of the yoke legs (202-1, 203-1 to 202-8, 203-8),
- a tongue-shaped ram (220), movable in a direction coinciding with the line of alignment of the operating gaps, is positioned in the operating gaps, the ram having armature bars (210, 211,..., 217) of magnetizable material, each of which is associated with one operating gap,
- the armature bars, in the original position of the ram, i.e., in the non-excited state of the electromagnet, are positioned external to the respective operating gaps, being pulled into them upon excitation of the electromagnet, and
- the excitation coil of the electromagnet is slipped on to at least one yoke leg such that two essential windings of the coil are in each case positioned between two adjacent yoke leg pairs, characterized in that one stator half comprises at least four yoke legs, that several adjacent yoke legs (202-3, 202-4, 202-5, 202-6, 100-2, 102-1) of the same stator half (202) or of adjacent stator halves (100, 102) are positioned inside the excitation coil (218; 104), and that the volume of each armature bar is of the order of the volume of the associated operating gap.
- l'électroaimant comporte au moins un couple de moitiés de stator (202, 203) comportant des branches de culasse (202-1,203-1 ) possédant une constitution sensiblement symétrique et pouvant être aimantées, et dont les faces, tournées l'une vers l'autre, forment des fentes de travail alignées entre elles, entre les extrémités polaires, situées en vis-à-vis, des branches de culasse (202-1,203-1 à 202-8, 203-8),
- dans les fentes de travail se trouve disposé un poussoir (220) en forme de languette, qui est déplaçable dans la direction d'alignement des fentes de travail et qui contient pour chaque fente de travail une barre d'induit (210, 211,... 217) réalisée en un matériau pouvant être aimanté,
- lorsque le poussoir est dans la position initiale, c'est-à-dire lorsque l'électroaimant est dans l'état non excité, les barres d'induit sont situées devant les fentes respectives de travail et lorsque l'électroaimant est excité, ces barres d'induit sont attirées à l'intérieur de ces fentes de travail, et
- la bobine d'excitation de l'électroaimant est emmanchée sur au moins une branche de culasse de telle sorte que deux éléments partiels de longueur importante de la bobine s'étendent respectivement entre deux couples de branches de culasse voisines,
caractérisé en ce qu'une moitié de stator comporte au moins 4 branches de culasse, que plusieurs branches de culasse respectives voisines (202-3, 202-4, 202-5, 202-6, 100-2, 102-1) de la même moitié de stator (202) ou de moitiés de stator voisines (100, 102) s'étendent à l'intérieur de la bobine d'excitation (218; 104), et que le volume de chaque barre d'induit est de l'ordre de grandeur du volume de la fente de travail associée.