LIFTING MAGNET

Abstract: 1. Lifting magnet (solenoid mechanism) with a frame-shaped yoke (1') forming the magnetic return to the armature and a winding carrier (8) incorporated within the yoke (1') and carrying the exciter winding (7), in which winding carrier (8) is located the axially movable armature (6), wherein an armature antipole (3) arranged at the bottom (2') of the yoke element (1') partially engages in the winding carrier (8), said yoke (1') being designed as a single-piece magnet frame (14) and formed as a punched and bent element from a plate blank, the angled ends (15) of which magnet frame (14) are provided with semi-circular recesses (16) which engage around the collar (10) of the winding carrier (8), characterized in that on the inward faces of the angled ends (15) of the magnetic frame (14) are located retaining lugs (17) which engage with corresponding recesses (18) formed in the top flange (9) of the winding carrier (8) when the side portions of the magnet frame are bent over the previously inserted winding carrier (8).

Description: Hubmag net 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. 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 Steligliedes bewirkt. Die Rückkehr des Ankers in die Anfangslage erfolgt dabei im allgemeinen durch eine Federkraft bei Abschaltung der Erreger-Bestromung. 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 gefurten Ankers genau fluchten. 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. 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. 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 erziel bare Hubarbeit sowie Kennlinienverlauf weitestgehend den bekannten Bauformen und -grössen entspricht. 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. 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. 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, eingenieteten 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-Pol stückes, wobei auch hier Fügespalte vollständig vermieden werden. Dabei ist durch die einstückige Ausbildung des Magnetrahmens und des Anker-Gegenpol es 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. 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. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. 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 Blechzuschnit tes für den Magnetrahmen, Fig. 7 die Ansicht des Blechzuschnittes gemäss Fig.6 im Schnitt, Fig. 8 die Ansicht eines weiteren modifizierten Blech zuschnittes für den Magnetrahmen, Fig. 9 die Ansicht des Blechzuschnittes gemäss Fig.8 im Schnitt, Fig. 10 die Ansicht des unteren Endes eines Magnetan kerns, und Fig. 11 die Ansicht eines Montagewerkzeuges mit ein gebrachtem Hubmagneten im Teilschnitt. 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 Pol kern 3 gescho ben 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 Pol kern, 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. 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. 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. 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 KonuswinkelK bestimmt. Mit dieser Polpaarung werden vorwiegend Hubkraftkennlinien mit hoher Anfangskraft erzeugt, wobei die Kennlinienform durch Veränderung des Konuswinkels K in einem weiten Bereich variiert werden kann. 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 Pol ende weist ein derartiges Magnetsystem eine steigende Hubkraft Kennlinie mit hohen Endkräften auf. 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 Pol kern 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 Pol kern, 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. 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 (Klauen) direkt auf den Jochboden wirken können. 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. 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.

Claims: Hubmagnet Patentansprüche 1. Hubmagnet mit einem, den magnetischen Rückschluss zum Anker bildenden, rahmenförmigen Joch, sowie einem in das Joch eingefügten, die Erregerwicklung tragenden Wick lungsträger, 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) aus gebildet 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) ge bildet 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 er folgt. 3. Hubmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker-Gegenpol (Polkern 3') durch einen aus dem Boden des Magnetrahmens herausgeprägten, hohlzylin drischen 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 äusse ren 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 3m) ) durch eine kegel- förmige 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"') ent sprechenden kegelförmigen Ausnehmung (28) versehen ist, wobei bei Anzug des Ankers der kegelförmige Pol kern 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) aus gebildet sind, die nach dem Zusammenbiegen der Seiten teile des Halterahmens über den zuvor eingefügten Wick lungsträger (8) in an dessen oberem Flansch (9) einge formte 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 (Jochschen kel 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, recht winkelige 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 Schweiss vorgang (Lichtbogen-, Laserschweissung o.ä.) miteinander verbunden werden. 9. Verfahren zur Herstellung eines Hubmagneten nach An spruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetrahmen (14) verwendet wird, dessen obere Enden (15) rechtwinklig zu den Seitenteilen (Jochschen kel 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 Wicklungs träger in eine Montagevorrichtung eingesetzt wird, und dass darin die Seitenteile in ihre endgültige, recht winklige 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 An spruch 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 Montagewerk zeuges in diese Ausnehmungen eingreifen und den Harte- rahmen in eine entsprechend der endgültigen Form des Halterahmens ausgebildete Matrize (23) ziehen, wobei der Halterahmen seine Restabwinkelung erfährt.

Inventors: HARTING, DIETMAR, DIPL.-KFM., HARTING, ERNST-HEINRICH, DIPL.-ING., NAGEL, HANS, DIPL.-ING., ROSE, GUNTHER, Rose, Günther
Applicants: HARTING ELEKTRONIK GMBH
Application year: 1985
Main classification: H01F3
IPC codes: H01F41, H01F7, H01F3