Die Erfindung betrifft einen Magnetantrieb mit mindestens einem, in Bewegungsrichtung magnetisierten, aus einem Permanentmagneten mit zwei weichmagnetischen Polstücken bestehenden Hubanker, der entlang einer gemeinsamen Achse zwischen zwei elektromagnetischen, stets mit gleicher Polarität magnetisierbaren Außenpolen bewegbar ist und dabei axial innerhalb eines Durchbruches eines dritten, zwischen den Außenpolen befindlichen und diesen gegenüber stets mit gegensätzlicher magnetischer Polarität ansteuer- baren Elektromagnetpoles, wobei der mittlere, mit Durch¬ brüchen versehene Ringpol und / oder die Außenpole aus einer auf einem weichmagnetischen Magnetkern gewickelten Wicklung herausragen.

Ein solcher Magnetantrieb ist aus der GB-PS 1.068.610 bekannt.

Dem Stand der Technik nach gibt es darüberhinaus zahlreiche Magnetantriebe mit permanentmagnetischem Anker, der zwi- sehen zwei gleichnamigen Polen bewegbar ist. Die grundsätz¬ lichen Gestaltungsmöglichkeiten für einfache Magnetkreise dieser Art sind damit nahezu ausgeschöpft. Verläßliche praxisnahe Berechnungsverfahren sowie konstruktive Gestal¬ tungskriterien gibt es diesbezüglich jedoch kaum, und diese Art von Magnetantrieben konnte sich bis jetzt kaum durch¬ setzen, nicht zuletzt mechanischer Unzulänglichkeiten und der Verwendung früherer leistungsschwächerer Magnetwerk- Stoffe wegen.

Die DE-OS 34 26 688 zeigt einen Magnetantrieb der oben beschriebenen Gattung mit zwei zylindrischen, hintereinan¬ der koaxial angeordneten Wicklungen und einem permanentmag-

netischen Anker, der mit ig innerhalb der Wicklungsbohrung in Achsrichtung bewegbar ist. Diese Anordnung mit zwei Wicklungen gestattet es kaum, daß am Magnetanker Arbeits¬ vorrichtungen angebracht werden, weil innerhalb der Wicklungsbohrung kein ausreichender Raum ist. Zudem kann sich der Magnetanker wegen der ungünstigen Lage aufheizen und dadurch an permanentmagnetischer Kraft verlieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine neue, besonders einfache Form eines Magnetantriebes mit geeigne¬ ten konstruktiven Merkmalen zu schaffen, die unter Berück¬ sichtigung der hohen Leistungsfähigkeit verbunden mit un¬ günstigen mechanischen Eigenschaften der modernen Perma¬ nentmagnetwerkstoffe sich für Miniaturbauweise mit einer so kleinen wie möglichen Ankermasse und vielfältigen Einsatz eignet.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der bistabile Charakter des beschriebenen Magnetantriebes gestattet, daß dieser mit kurzen Stromimpulsen betätigt wird. Die Impulse können z. B. durch die Aufladung und Ent¬ ladung eines Kondensators oder einer induktiv-kapazitiven Wicklung, wie aus der DE-OS 36 04 579 bekannt, entstehen. Geeignete Schaltungen dieser Art mit Energiespeicherung gestatten es auch, daß dem Magnetantrieb monostabiles Ver¬ halten verliehen wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung im Schema dargestellt und zwar zeigen:

Fig. la bis d den Magnetantrieb in vereinfachter Form mit dem Hubanker in verschiedenen Stellungen bzw. den Verlauf der auf den Anker wirkenden Kräfte,

Fig. 2a bis e Querschnitte durch den Ringpol (Teil des

Wicklungskerns) samt Permanentmagneten, wobei die Schnitt¬ ebene senkrecht zu der Ankerbewegungsrichtung ist,

Fig. 3a bis d verschiedene Schnitte in der Ebene der Hub- achse, d. h. Querschnitte der Pol- und Ankerzone,

Fig. 4 bis 10 Applikationsbeispiele der Erfindung, die verdeutlichen, in welcher Weise im Anker-Polraum angetrie¬ bene Arbeitsvorrichtungen mit minimalem Aufwand, möglichst ohne Zusatzteile integriert werden können,

Fig. 11 ein Schaltungsbeispiel zum Betreiben des Magnet¬ antriebes als Schwingmagnet, gespeist von einer Gleich¬ stromquelle.

Fig. 12 eine Ausführungsform des Magnetantriebes mit zwei¬ geteilter Wicklung und unsymmetrischer Gestaltung der Pol¬ bereiche,

Fig. 13 die Kennlinien dieses Antriebes,

Fig. 14 eine Variante des Magnetantriebes von Fig. 12 mit nur auf einer Seite der Wicklung angebrachtem Außenjoch,

Fig. 15 ein Applikationsbeispiel des Magnetantriebes nach Fig. 12 oder Fig. 14 für elektromagnetische Schütze,

Fig. 16 eine Seitenansicht zu Fig. 15,

Fig. 17 die Anordnung mehrerer Teilwicklungen um den Hub¬ anker eines Magnetantriebes,

Fig. 18 eine Ausführungsform des Magnetantriebes mit einer innerhalb der Wicklung angebrachten Lamellenfeder.

Nach Fig. 1 hat der Magnetantrieb eine Wicklung 1, die über einen Magnetkern 2 gewickelt ist. Der Magnetkern 2 aus weichmagnetischem Material endet nach unten mit einer abge¬ flachten Zone, die einen Durchbruch aufweist und fortan als Ringpol Rp gezeichnet wird. Dieser ragt aus der Wicklung heraus und hat stets die magnetische Polarität der unteren Wicklungsseite. Innerhalb des Ringpols Rp ist ein Hubanker angeordnet, der waagerecht, also quer zur zur Wicklungs¬ achse bewegbar ist. Der Hubanker besteht aus einem dünnen, meist scheibenförmigen, axialmagnetisierten Permanentmag¬ neten 3, der sich zwischen 2 aus weichmagnetischem Material gefertigten Polstücken 4, 4' befindet, die stets die

Polarität der Pole des Permanentmagneten 3 annehmen. Wie gezeichnet, hat dann das Polstück 4 stets die Polarität N und der rechte immer die Polarität S.

Der Permanentmagnet 3 besteht aus einem hochwertigen

Magnetwerkstoff, wie z. B. SmCo oder FeNdB und muß im Sinne der Erfindung ein Energieprodukt BHmax. von mindestens 100 Kj/m ³ aufweisen, bei einer Remanenzinduktion BJJ von mind. 0,7 T. Dabei bedeuten:

Reluktanz = Widerstand des magnetischen Kreises.

Die Höhe des Permanentmagneten 3 ist auf max. die Hälfte seines Durchmessers beschränkt, eine Vewendung minderwerti¬ ger permanentmagnetischer Werkstoffe würde zu wesentlich größeren Abmessungen und Gewichten des Hubankers führen bei geringerem Wirkungsgrad, von anderen Nachteilen ganz abge¬ sehen. Dies könnte man durch die Notwendigkeit eines

größeren Ringpols erklären, der zu mehr "Kurzschlußfeld- linien" zwischen den ebenfalls größeren Anschlagpolen bzw. dem Ringpol führte.

Der Hubanker 3, 4 wirkt magnetisch mit dem Ringpol Rp und zwei weichmagnetischen Anschlagpolen 5, 5' zusammen, die stets die Polarität der oberen Seite der Wicklung auf¬ weisen, d. h. wenn die Wicklung von Strom durchflössen ist, nehmen diese Pole 5, 5' eine dem Ringpol Rp entgegenge- setzte Polarität an. Damit dies geschieht, ist der Magnet¬ kreis von den Anschlagpolen 5, 5' zum oberen Ende des Magnetkerns 2 durch ein weichmagnetisches Rückschlußjoch 6 geschlossen.

Für das bessere Verständnis der Erfindung wird der Magnet¬ kern 2 mit Ringpol Rp senkrecht schraffiert und der Perma¬ nentmagnet 3 waagerecht. Die Polstücke 4 werden kreuz¬ schraffiert zu 45° dargestellt, die Anschlagpole 5 kreuz¬ schraffiert in vertikal-horizontaler Richtung, und das Rückschlußjoch 6 erscheint mit einfacher Schraffierung zu 45°.

Teile, die magnetisch nicht wirksam sind, und folglich aus nichtmagnetischem Material bestehen, die z. B. in den Applikationszeichnungen auftauchen (als Teile einer Arbeitsvorrichtung) , erscheinen im Querschnitt als punktierte Flächen oder schwarz fettgezeichnet.

Fig. la bis c zeigen zum besseren Verständnis der magne- tischen Vorgänge den Magnetantrieb mit dem Hubanker in drei Stellungen: links bzw. rechts in stabilen Anschlagstel¬ lungen und in der Mitte in einer labilen Übergangsstellung. Der Hubanker 3, 4 kann sich zwischen den seitlichen Anschlagpolen 5 bewegen. Die Entfernung zwischen den Anschlagpolen 5, 5' minus Ankerlänge stellt die Hublänge dar, die in Fig. ld in vergrößertem Maßstab als Entfernung zwischen den linken und rechten Vertikalachsen erscheint.

Auf diesen Achsen werden die Kräfte in den entsprechenden Anschlagstellungen als Höhenmaß eingetragen. Stellt man die Betätigungskraft als Höhenmaß oberhalb der waagerechten Abszisse dar, so kann man die Kennlinien der für die Antriebsfunktion maßgebenden Kräfte ermitteln.

Wird die Wicklung 1 von Strom durchflössen (Fig la) , so entsteht an dem Ringpol Rp des Magnetkerns 2 die Polarität (S) und oberhalb der Wicklung 1 die Polarität (N) , die auf die seitlichen Anschlagpole 5, 5' übertragen wird.

Der Hubanker 3, 4 bewegt sich nach rechts und entwickelt der Stromstärke entsprechend eine hubabhängige Kraft, die den Verlauf der Kennlinie AK-r in Fig. ld hat (gestri- chelt) . Diese Kraft setzt sich aus vier Teilkräften f ^ bis f ₄ zusammen, die zwischen den elektromagnetischen Polen (Ringpol Rp und Anschlagpole 5, 5') und den permanentmag¬ netischen Polen 4, 4' entstehen. Diese Kräfte, erkennbar in Fig. 2b, sind:

f- _^ = Anzugskraft zwischen dem rechten Anschlagpol 5' (N) und dem Polstück 4' (S) ,

f ^* = Abstoßkraft zwischen dem Polstück 4' (S) des Magnet- ankers und dem Ringpol Rp (S) ,

f ₃ = Anzugskraft zwischen dem Polstück 4 (N) und dem Ring¬ pol Rp (S),

f4 = Abstoßkraft zwischen dem linken Anschlagpol 5 (N) und dem Polstück 4 (N) .

Die Komplexität der Kräftebildung (hier vereinfacht darge¬ stellt) erschwert einerseits eine rechnerische Auslegung des Magnetantriebes, gibt jedoch die Möglichkeit, durch entsprechende konstruktive Gestaltung aller Polstücke den

Verlauf dieser Kräfte der angestrebten Anwendung anzupas¬ sen, wie in der weiteren Beschreibung deutlich wird.

Ändert man die Stromfließrichtung, so ändert sich die Polarität des Ringpols Rp bzw. der Anschlagpole 5, 5' und damit die Richtung und der Charakter der mit ^ bis f ₄ be¬ zeichneten Kräfte. Statt Anzugskräfte entstehen jetzt Abstoßkräfte und umgekehrt. Aus der rechten Anschlag¬ stellung (Fig. lc) bewegt sich der Hubanker 3, 4 nach links. Die Betätigungskraft hat einen Verlauf der Kennlinie AK-1 entsprechend. Die Betätigungskräfte AK-1 und AK-r haben einen Verlauf, der von Strom, Hubstellung und Bewe¬ gungsgeschwindigkeit abhängig ist.

Wenn der Strom unterbrochen wird, bleibt der Hubanker 3, 4 in der zuletzt erreichten Endstellung und haftet am jewei¬ ligen Anschlagpol 5 oder 5' mit einer Kraft, die durch Feldlinien des Permanentmagneten 3 hervorgerufen wird. Diese Kraft setzt sich hauptsächlich aus zwei Teilkräften (s. Fig. lc) zusammen: h^ die zwischen dem Anschlagpol 5' und dem Polstück 4' des

Hubankers 3, 4 entsteht und h ₂ die zwischen dem Polstück 4 und dem Ringpol Rp entsteht.

Ausgehend vom Nordpol des Permanentmagneten 3 schließt sich der Magnetkreis über dem Polstück 4, dem Ringpol Rp, Magnetkern 2, Rückschlußjoch 6, Anschlagpol 5, Polstück 4' und zurück zum Permanentmagneten 3.

Diese Kraft mit einem Höchstwert Hm bei geschlossener Luft¬ spalte zwischen Anschlagpol 5'-Polstück 4' und Polstück 4 -Ringpol Rp nimmt rapide ab, wenn man diese Luftspalte ver¬ größert, was einer Verschiebung des Hubankers nach links entspricht, und zwar einer Kennlinie nach, die etwa dem Verlauf HK-r folgt. Das gleiche gilt für die linksseitige Stellung des Hubankers, wobei die Haltekraft einen Verlauf

der Kennlinie HK-1 hat. Der Magnetkreis schließt sich diesmal über die linke Hälfte des RückschlußJoches 6.

Der beschriebene Magnetantrieb ist vielseitig einsetzbar, weil er gestattet, hohe Kräfte in beide Richtungen zu ent¬ wickeln, wobei der Energieverbrauch (impulsartig) extrem gering ist. Die kleine Masse des Magnetankers erlaubt es, diesen Antrieb als Schwingmagneten einzusetzen (z. B. für Pumpen, Rasierapparate ...) , wobei die Ansteuerung mit Wechselstrom erfolgt. Bei Gleichstrombetrieb kann der

Magnetantrieb bei Erreichen der Endstellungen die Strom¬ richtungsumkehr selbst steuern, am einfachsten über Kontakte. Die Anordnung des Hubankers an der Seite der Wicklung gestattet es, diesen direkt mit der Arbeits- Vorrichtung (Kontakte, Pumpen oder Ventilelemente, Arbeits¬ zylinder, Kupplungsscheiben ...) zu verbinden und kompakte Funktionseinheiten zu bauen. Bei Schwingantrieben wird das Aufheizen der seitlich gelegenen Arbeitsvorrichtung vermie¬ den. Die Gestaltung der magnetisch und mechanisch relevan- ten Teile und deren Ausführung (einteilig oder mehrteilig) geschieht nach Kriterien, die den Vorrang der magnetischen Gegebenheiten berücksichtigen, um bestimmte Kennlinienver¬ läufe zu erreichen. Dies muß jedoch die mechanisch-techno¬ logischen Einzelheiten des Anwendungsfalles berücksichti- gen, was meistens zu einer magnetisch gesehen ungünstigen Teilung des Magnetkreises führt. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, wie ein Optimum unter diesen gegen¬ sätzlichen Voraussetzungen erreicht wird. Der Magnetkern 2, das Rückschlußjoch 6 und die Anschlagpole 5 werden aus weichmagnetischem Material mit ausreichender Permeabilität hergestellt, wofür u. a. die üblichen Stahlsorten gut geeignet sind. Bei Schwingmagneten oder Antrieben mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit empfiehlt sich eine geblechte Ausführung oder die Verwendung von siliciumhaltigem weich- magnetischen Stahl, der eine schlechtere elektrische Leit¬ fähigkeit hat. Figur 2 zeigt senkrecht zur Bewegungsrich¬ tung des Hubankers 3, vier Querschnitte durch den Ringpol-

bereich des Magnetkerns 2, wobei in Figur 2e ein Magnetkern 2 mit drei Ringpolzonen (Rp 1-3) gezeigt wird, der einem Antrieb mit drei Hubankern entspricht. Es ist ersichtlich, daß die Form der Durchbrüche der Form des Permanentmagneten 3 bzw. der der Polstücke 4 entspricht, so daß unter Berück¬ sichtigung technologisch bedingter Luftspalten eine mög¬ lichst verlustarme Übertragung der Magnetfeldlinien zwi¬ schen Hubanker 3, 4 und Ringpol Rp stattfindet. Die Höhe des Ringpols Rp und der Querschnittsverlauf in Bewegungs- richtung des Hubankers sind so gewählt, um den Übergang der Feldlinien zu optimieren, wie in Fig. 3a-d dargestellt. Die dem Hubanker 3, 4 zugewandten Ringpolflächen sind entspre¬ chend der Hubankerform flach und zylindrisch (Fig. 3a) , können auch wie in Fig. 3b abgebildet, teils schräg ver- laufen, wenn dies der Form der Außenflächen der Polstücke 4, 4' entspricht. Die Polstücke 4, 4' werden aus weich¬ magnetischem Material hergestellt und stehen in Kontakt mit dem Permanentmagneten 3, sind also verlängerte Magnetpole und können durch zweckmäßige Anpassung außerdem mechanisch funktionelle Aufgaben als Kolben, Ventilglied usw. erfül¬ len. Die Polstücke 4, 4' aus preiswertem, leicht bearbeit¬ barem Stahl ergänzen den Hubanker 3, 4 und gestatten einerseits, daß der Permanentmagnet 3 einfach und klein bleibt, andererseits, daß der Abstand zwischen Ringpol Rp und Anschlagbolzen 5, 5' groß gehalten wird, um einen direkten Feldlinienanschluß zwischen den elektromagneti¬ schen Polen (Rp, 5, 5') zu verhindern. Die im Polbereich verbreiterte (Fig. 3a) oder trichterförmige (Fig. 3b) Gestaltung der Polstücke 4, 4' beabsichtigt einerseits, daß diese in möglichst hohem Umfang den direkten Feldlinien¬ schluß zwischen den Elektromagnetpolen (Rp, 5, 5') verhin¬ dert, andererseits, daß die wirksame Polfläche größer wird, um Luftspaltverluste zu reduzieren. Angesichts funktionell- wirtschaftlicher Überlegungen ist es nicht immer möglich, den Antrieb magnetisch zu optimieren, es können daher zum Teil magnetisch ungünstigere Polstückformen gewählt werden wie z. B. in Fig. 3c gezeigt.

Um auf der linken Seite den Hubankerdurchmesser klein zu halten, wurde hier ein zylindrisches Polstück 4 gewählt, das eine trichterförmige Vertiefung hat. Dadurch wird das Polstück leichter und die dem Anschlagpol 5 zugewandte Fläche größer.

Das Polstück 4' hat eine dem Anschlagpol 5' zugewandte große, zu der Bewegungsrichtung senkrecht stehende Pol¬ fläche, die eine optimale Kraftentwicklung zuläßt.

Wo es mehr auf Einfachheit ankommt als auf die Optimierung des Wirkungsgrades, können Polstückformen 4', 4 wie in Fig. 3d (zylindrisch) gewählt werden, die bei Bedarf durch unterschiedliche Längen unterschiedliche Kennlinienverläufe bei Links- und Rechtsbetätigung zulassen. Für die Gestal¬ tung der den Luftspalten zugewandten Polflächen gelten die in der Magnettechnik bekannten Kenntnisse wie z. B. :

- größere ebene Polflächen wie in Fig. 3a führen in der Regel bei gleichem Hub zu höheren Anfangskräften, also flacheren Kennlinien AK (Fig. ld) und höheren Wirkungsgraden.

- die Polflächenvergrößerung durch kegelförmige Gestaltung, wie in Fig. 3b, gestattet bei gleicher Anfangskraft größere Hublängen, verringert aber die Kräfte zum Hub- ende, bringt also sehr flache Kennlinien.

Je nach Anftriebszweck können verschiedene Polstückformen 4, 4' und Abmessungen gewählt werden, die nord- bzw. süd- polseitig unterschiedlich sein können.

Fig. 3b zeigt eine gewichts- und wirkungsgradoptimierte

Gestaltung der Polflächen. Die Polstücke 4, 4'sind auf der Innen- bzw. Außenseite besonders großflächig bei geringer Wandstärke, d. h. geringem Gewicht und gestatten durch die Schräge verhältnismäßig große Hübe mit leicht ansteigender Kennlinie.

Eine solche Bauform, wie die in Fig. 3a, empfiehlt sich für den Antrieb von Pumpen und Kompressoren, Verriegelungsvor¬ richtungen, Schwingtüren, Schütze, Schieberventile oder als Proportionalmagnet. Die Anschlagpole 5, 5'haben eine Form, die der Form der Polstücke 4, 4'angepaßt ist, wie aus Fig.

3 ersichtlich und werden koaxial zur Achse des Hubankers 3,

4 angeordnet. Da Anschlagpole 5, 5' und Rückschlußjoch 6 ähnliche magnetische Eigenschaften haben, ist es u. U. möglich, daß die ersteren als angeformte Verlängerung des Rückschlußjoches 6 gebildet sind. Für die gute Funktion des Magnetantriebes ist eine möglichst genaue Positionierung der Elektromagnetpole wie Ringpol Rp und Anschlagpole 5, 5' notwendig. Diese Positionierung kann mit Hilfe eines nicht¬ magnetischen (z. B. aus Kunststoff, oder unter Druck gegos- sene Metallegierung) Befestigungskörpers 10, der am Mag¬ netkern 2 unmittelbar hinter dem Rinpol Rp befestigt ist und die kürzeste mechanische Brücke zwischen dem Ringpol Rp und den Anschlagbolzen 5, 5' bildet, erfolgen, (s. Applika¬ tionsbeispiel ab Fig. 4) . Die Anschlagpole 5 sind an diesem Befestigungskörper 10 angebracht, der auch eine Gleitfüh- rungsfunktion für den Hubanker 3, 4 hat oder als Träger der übrigen Teile einer Arbeitsvorrichtung dient. Der Befesti¬ gungskörper 10 kann also unabhängig von den magnetischen Gegebenheiten zweckgebunden, also "kundenspezifisch" ge- staltet werden, wie die Applikationsbeispiele zeigen. Dieser Befestigungskörper gestattet es, daß das Rück¬ schlußjoch 6 und die Wicklung 1 ohne Auseinandernehmen des Magnetpolbereiches abmontiert werden können, was oft er¬ wünscht ist. Der Wicklungskörper der Wicklung 1 kann auch als Verlängerung des Befestigungskörpers 10 gestaltet werden.

Wenn man die Fig. lb betrachtet und die Tendenz eines jeden Magneten berücksichtigt, sich an weichmagnetische Teile anzuziehen und an diesen zu haften, ergibt sich die Notwen¬ digkeit einer mechanischen Führung des Hubankers 3, 4, weil dieser sonst kippen und am Ringpol reiben würde (gestri-

chelt gezeichnet) , was einer normalen Funktion im Wege steht. Üblich ist bei Magnetantrieben eine Führung des Hubankers über eine dünne Schub- bzw. Hubstange, die hier durch den Permanentmagneten 3, die Polstücke 4 und die Anschlagpole 5 verlaufen würde. Als Material kämen Edel¬ stahl (nicht magnetisch) oder andere teure Legierungen in- frage. Der Magnet 3 muß eine Bohrung haben, ist dadruch wesentlich teurer und hat weniger Querschnittsfläche. Solche Nachteile lassen sich vermeiden, wenn der Hubanker 3, 4 samt Polstücken 4 in einer Führungshülse 7 am Außen¬ umfang befestigt wird, was eine Durchbohrung des Permanent¬ magneten 3 vermeidet. Diese Hülse 7 kann sich über die Hub¬ ankerlänge hinaus erstrecken und gleitet einer Gleitlage¬ rung ähnlich über die Anschlagpole 5 (Fig. 3d) , an deren Umfang nur wenig Feldlinien aus diesen Polen austreten. Mit Hilfe dieser Führung wird eine Gleitreibung im Innern des Rinpoles vermieden, wo als Folge des Magnetfeldüberganges sich magnetische Partikel ansammeln könnten. Mittels dieser im Verhältnis zum Durchmesser langen Hülse, die aus nicht- magnetischem Material (Metall oder Kunststoff) besteht, wird ein Kippen des Hubankers verhindert. Die Hülse 7 kann Elemente einer Arbeitsvorrichtung tragen oder gegenüber den Anschlagpolen 5 wie ein beweglicher Zylinder dichtend wir¬ ken, wobei der Anschlagpol als stehender Kolben gilt. Je nach Anwendungsfall kann die Hülse 7 ein- oder mehrteilig sein und der anzutreibenden Vorrichtung angepaßt. Die Fig. 4 u. 5 zeigen insbesondere Ausgestaltungen des Bereiches Hubanker-Ringpol-Anschlagpole, die für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind. Fig. 4 zeigt einen Magnetantrieb entsprechend Fig. 3c, an dem mechanische Elemente einer

Kolbenpumpe angebracht sind. Um den Anschlagpol 5 wurde ein Befestigungskörper 10 angebracht, der für das Polstück 4 als Kompressionszylinder dient. Um diesen Zweck zu erfül¬ len, trägt das Polstück 4 eine Dichtlippe 8. Der Anschlag- pol 5 dient als Zylinderboden für den Hubraum 9 und kann strömungsführende Bohrungen o, o' aufweisen, an denen Ventile (nicht gezeichnet) angebracht werden können. Das

Polstück 4' weist eine Bohrung auf, die eine nichtmagneti¬ sche Druckfeder 13 aufnimmt, deren Zweck es ist, die während der Bewegungen nach rechts des Hubankers ent¬ wickelte Hubarbeit teilweise zu speichern und diese in der Bewegungsrichtung nach rechts (Kompressionsarbeit) als Nutzkraft zurückzugeben. Diese Bauform mit einseitiger Federkraftunterstützung ist einfach und eignet sich für mittlere Drucke bzw. Hübe.

Figur 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel des Antriebes nach

Figur 3b als beidseitig wirkende Pumpe für geringeren Druck und größere Strömungsmengen. Der besonders leichte Hubanker 3, 4 trägt am Rande der trichterförmigen Polstücke 4, 4' Dichtlippen 11, die z. B. aus einer PTFE-Mischung bestehen. Diese dienen gleichzeitig als Führungen in dem Befesti¬ gungskörper-Kompressionszylinder 10, der sich über die Anschlagpole 5, 5' erstreckt, die den Zylinder 10 ab¬ schließen, wobei Strömungsöffnungen o ggf. mit Ventilen je nach Bedarf in den Anschlagpolen 5, 5' oder in den Zylin- derwänden oder den Polstücken 4, 4' praktiziert werden können. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch einen Mag¬ netantrieb mit zwei Hubankern, die an beiden Seiten der Wicklung untergebracht sind, wobei der Magnetkern 2 zwei Ringpolzonen, ähnlich wie in Fig. 2e, hat. Der Einfachheit halber ist hier nur eine mittige Bohrung im unteren Teil des Ringpols Rp gezeichnet. Das Rückschlußjoch 6 erstreckt sich jetzt über die unteren 5, 5' und oberen 5 _{l f} 5^ Anschlagpole und verbindet diese über eine weichmagnetische Jochstrecke mit möglichst niedriger Reluktanz. Für die Klarheit der zeichnerischen Darstellung ist das Jochstück, das die seitlichen Anschlagpole 5, 5' und 5 _{l t} 5-^' magne¬ tisch miteinander verbindet, unten gezeichnet, in der Praxis ist es jedoch günstiger, dieses seitlich der Wicklung unterzubringen. Der obere Hubanker 3^, 4 _j ist gegenüber dem unteren entgegengesetzt magnetisiert, also mit dem Südpol nach links. Ein Steuerimpuls ausreichender Stärke, angesichts der zwei Luftspalten zwischen den An-

schlagpolen 5, 5-^ und den Polstücken 4, 4 ₁ , der am oberen Ringpol p-^ die Polarität 8 und am unteren die Polarität N hervorruft, wird dazu führen, daß beide Hubanker sich nach links bis zum Anschlag mit den Anschlagpolen 5, 5^ bewegen. Die Steuerung nach rechts erfolgt mit einem Impuls entge¬ gengesetzter Polarität. Falls der obere Hubanker mit einem stärkeren Magneten 3^, ausgestattet ist, kann die Bewegung des unteren Hubankers 3, 4 in der entgegengesetzten Stel¬ lung auch durch die mechanische Verschiebung des oberen Hubankers 3^, 4^ der gleichen Richtung erfolgen.Die zur Einleitung der Bewegung geeignete Polarität der unteren Anschlagpole 5, 5', wie auf Seiten 3 und 4 beschrieben, wird dann vom oberen Hubanker vorgegeben.

Ein Magnetkreis dieser Art kann vielfältig genutzt werden z. B.:

- als Magnetantrieb mit zwei Arbeitsankern,

- als Magnetantrieb mit einem unsichtbaren, z. B. in einer Ventilkammer eingeschlossenen Arbeitsanker, wobei der zweite Hubanker eine Stellungsanzeige betätigt,

- als Magnetantrieb mit mehreren räumlich getrennten Hubankern, manueller Notbetätigung und Stellungsanzeige, wobei der stärker dimensionierte, der Handbetätigung zugängliche Hubanker mit Stellungsanzeigefunktion das magnetische Feld für die Bewegung der übrigen Arbeitsanker anstelle der Wicklung liefern kann.

Figur 7 zeigt einen Magnetkreis ähnlich wie in Figur 6 mit zwei Hubankern 3, 4 und 3 _{l f l r} die diesmal in der gleichen Richtung (mit den N-Polen nach links) magnetisiert sind, und der dem oben bechriebenen in der Funktion gleich ist mit dem Unterschied, daß bei elektrischer Steuerung die Hubanker sich in entgegengesetzten Richtungen bewegen.

Wie in Fig. 2e angedeutet, besteht die Möglichkeit, mehrere Hubanker 3, 4 an der gleichen Seite der Wicklung 1 unter¬ zubringen, die sich parallel zueinander bewegen und die in der gleichen Richtung oder entgegengesetzt magnetisiert

sind. Bei gleichgerichteter Polarität verhalten sich magne¬ tisch gesehen zwei benachbarte Hubanker wie ein einziger, können sich jedoch in getrennten Räumen oder Medien z. B. in Flüssigkeiten bewegen.

Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch die Hubankerpolzonen eines für Magnetventile angepaßten Magnetantriebes mit zwei benachbarten, in entgegengesetzte Richtung agnetisierten Hubankern, der der Schnittebene A, A'in Figur 2e entsprä- ehe. Die Hubanker mit dem Permanentmagneten 3 (unten) bzw. 3 (oben) und den Polstücken 4, 4'und ^, 4 ^'haben Ventil- kegel 14, die in die Polstücke eingelassen sind. Die An¬ schlagpole 5, 5' haben gegenüber den Polstücken 4, 4'und 4 ₁ und 4- _j^ , 2' Polfortsätze mit Druckleitungen P, P- _j^ und Entleerungsleitungen R, S, die von den Ventilkegeln 14 je nach Stellung der Hubanker 3, 4 und 3^, 4^ wechselweise abgesperrt werden können. Die Anschlagpole 5, 5' können auch mehrteilig ausgeführt werden und habe eine gute magnetische Verbindung zum Rückschlußjoch 6. Die Hubanker 3, 4 und 3^ , 4^ sind in Führungshülsen 7, 7-^ eingefaßt, die über die Fortsätze der Anschlagpole 5 gleiten und Öffnungen o aufweisen, durch die eine Fluidströmung (mit Pfeilen gezeichnet) in die Ventilkammern 15, 15.^ gelangen kann. Die Hubanker 3, 4 und 3^, 4 _χ samt Führungshülsen 7, 1- _^ und Ventilkegel 14 dienen hier als Ventilglieder und bewegen sich innerhalb der zwei Durchbrüche des Rinpols Rp. Die Ventilkammern 15, 15 die zwischen den Anschlagpolen 5 und um die Ventilglieder herum aufgebaut sind, haben nicht magnetische, dichte Druckkammerwände 10, z. B. aus Metall, Epoxydharz oder Kunststoff, die auch als Befestigungskörper dienen. Diese trennen die die Ventilglieder umgebenden Räume voneinander ab und sind mit Leitungen verbunden, die z. B. zu einem doppelt wirkenden Pneumatikzylinder 17 führen.

Wenn die Strömungsleitungen p, F ₁ des Anschlagpoles 5 mit einer Druckluftquelle verbunden sind (die Entlüftungslei-

tungen R, S münden in der Atmosphäre) , gerät die Druckluft über die Öffnungen o des oberen Ventilgliedes, über die Ventilkammer 15 _1# den Arbeitsanschluß B und die Rohrlei¬ tungen bis oberhalb des Kolbens des Pneumatikzylinders 17 und drückt diesen nach unten. Der Raum unterhalb des

Kolbens ist mit der Atmosphäre über die untere Strömungs¬ leitung verbunden. Wird nun das Ventil geschaltet, so ändern beide Hubanker-Ventilglieder des Magnetventils nahezu gleichzeitig ihre Stellung; es werden also die Strömungsleitungen P und S geöffnet, und die bisher geöffneten Strömungswege P- _^ und R werden verschlossen. Die Druckluft gerät über den Arbeitsanschluβ A unter den Kolben des Pneumatikzylinders 17, und dieser bewegt sich nach oben, da die Druckkammer oberhalb des Kolbens sich in die Atmosphäre über den Strömungsweg S entladen kann. Das beschriebene Applikationsbeispiel zeigt also den einfachen Bau einer mit einer einzigen Wicklung steuerbaren Einheit aus zwei drei/zwei Wegeventilen drei Wege, zwei Schaltstel¬ lungen) , die die Funktion eines fünf/zwei Ventils ausüben, z. B. zur Betätigung beidseitig wirkender Pneumatikzylin¬ der.

Je nach Bedarf gestattet der Magnetantrieb auch die Reali¬ sierung anderer Kombinationen von einzelnen oder mehreren drei/zwei Wegeventilen mit oder ohne Stellungsanzeige des Ventilgliedes oder Notbetätigung von Hand. Dies ist klar, wenn man das Applikationsbeispiel nach Figur 8 betrachtet im Vergleich zu Figur 2e. Es ist im Prinzip möglich, um jede einen Hubanker aufnehmende Ringpolbohrung Rp eine Ventilkammer aufzubauen. Der Hubanker 3, 4 bekommt eine

Führungshülse 7 und Ventilkegel 14 und wird so zum Schlie߬ glied. Dieses kann Strömungswege sperren, die in die Anschlagpole 5 praktiziert sind.

Falls solche Anordnungen funktioneile Vorteile bieten, kann man also eins, zwei oder mehrere drei/zwei Wegeventile auf

der einen oder beiden Seiten der Wicklung anbringen, vgl. Figur 2e.

Figur 9 zeigt ein Applikationsbeispiel der Erfindung als Schieberventil , das sich durch eine extrem geringe Ventil¬ schiebermasse auszeichnet. Der Hubanker 3, 4 dient als Ventilschieber, woei eine sich über die Polstücke 4, 4' erstreckende, nicht magnetische Hülse 7 die Teile 3 und 4 zusammenhält und entsprechend bearbeitet als Teil des Ventilschiebers dient. Wie bei üblichen Schieberventilen kann der Ventilschieber 3, 4, 7 Druckleitungen P mit Arbeitsleitungen A, B verbinden oder diese letzteren mit Entleerungsleitungen R, S verbinden. Diese Leitungen sind hier in einem Befestigungskörper-Ventilblock 10 eingearbei- tet. Er besteht z. B. aus nichtmagnetischem Stahl und nimmt die Ringpolzone Rp des Magnetkerns 2 auf, die beispielswei¬ se durch Hartlöten eingelassen ist. Der Ventilblock 10 samt Ringpol kann dann mit der notwendigen Präzision innen und außen bearbeitet werden. Die waagerechte Bohrung, in die der Ventilschieber 3, 4, 7 frei mit geringstmöglichem Spiel gleiten kann, wird seitlich von den Anschlagpolen 5, 5' ge¬ schlossen, die entsprechend der Frontseite der Polstücke 4 , 4' kegelförmig ausgebildet sind, um dem Magnetantrieb eine Kennlinie mit möglichst konstanter Kraft zu verleihen. Wenn an der Leitung P eine (öl-) Druckquelle und an den Arbeits¬ leitungen A und B ein Arbeitszylinder angeschlossen werden, kann, wie unter Figur 8 beschrieben, mit Hilfe dieses Ventils die Bewegung des Kolbens gesteuert werden. Die Bewegung des Ventilschiebers 3, 4, 7 nach rechts führt dazu, daß die Verbindungen zwischen den Leitungen B und A bzw. B und S unterbrochen werden. Dabei werden die Strö¬ mungsverbindungen P-B und A-R hergestellt. Sollten z. B. für Hochdruckhydraulik höhere Kräfte am Ventilschieber nötig sein, so kann ein größerer Magnetantrieb außerhalb des Magnetankers liegende, im Durchmesser kleinere Ventil¬ schieber bewegen. Diese könnten z. B. innerhalb der ent¬ sprechend gestalteten Anschlagpole 5 arbeiten.

Figur 10 zeigt ein Applikationsbeispiel der Erfindung als Kupplungs-Bremseinheit, wobei die koaxialen Teile, wie Anschlagpole 5 und Hubanker 3, 4 zu einem drehbaren Antriebsstrang gehören. Der Hubanker 3, 4 ist in einer gegenüber den Anschlagpolen 5 drehbaren Hülse 7 eingefaßt, die sich über diese mit zylindrischen Fortsätzen erstreckt, welche als Lagerungen dienen. Auf der rechten Seite trägt die Hülse 7 eine Reibscheibe 19 mit möglichst geringem Massenträgheitsmoment. Diese Scheibe kann, wie gezeichnet, von einer Kupplungsscheibe 20 angetrieben werden, die mit dem als Drehwelle wirkenden Anschlagpol 5' solidarisch rotiert. Die Bewegung der Antriebswelle 5' wird also in der gezeichneten Stellung des Hubankers 3, 4 über die Scheiben 20 und 19 auf die Hülse 7 bzw. auf den Hubanker 3, 4 über¬ tragen. Die Drehbewegung kann weiterhin axial von einer nichtmagnetischen Antriebswelle 21 übernommen werden, die im Polstück 4 verdrehfest einrastet. Die Drehbewegung kann alternativ z. B. über eine an der Hülse 7 befestigten Zahnriemenscheibe 22 mit Zahnriemen 23, statt der Antriebs¬ welle 21 übertragen werden. Wenn eine Bremsung der Antriebswelle beabsichtigt ist, so wird der Hubanker 3, 4 samt Hülse 7, Antriebselemente 21, 22 und Reibscheibe 19 nach links bewegt, bis diese letzte in Kontakt mit der Bremsscheibe 23 zum Stillstand kommt. Die Magnetfeldlinien vom Rückschlußjoch 6 werden im Anschlagpol -Drehwelle 5' z. B. über die Lagerschale 25 eingeleitet, die in einem sol¬ chen Fall aus weichmagnetischem, porösen Sinterstahl besteht.

Auf Grund der zu beiden Endstellungen ansteigenden Magnet¬ kraft und hoher Haltekräfte eignet sich der Antrieb beson- ders gut für den Einsatz bei Relais und Schützen, wo höhere Kontaktandruckkräfte erwünscht sind. Die Kennlinie des Magnetantriebes (Fig. ld) ist der der Betätigungskräfte eines Umschaltkontaktes sehr ähnlich. Ein kompaktes Schalt¬ gerät entsteht durch Anbringen von Kontakten oder Kontakt-

blocken in der Nähe des Hubankers 3, 4 eines Antriebes wie in Fig. 3a oder Fig. 3d.

Die Kontakte bzw. Kontaktlamellen können direkt von der Hubankerhülse 7 betätigt werden, die zweckmäßigerweise aus Kunststoff hergestellt ist und seitliche Antriebsfortsätze wie der Betätigungskamm eines Kammrelais hat.

Der Magnetantrieb kann auch als Schwingmagnet eingesetzt werden, wobei der Hubanker 3, 4 nur kurzzeitig die

Anschlagstellungen erreicht, d. h. er kommt in Kontakt oder in die Nähe der Anschlagpole 5. Eine Schwingantriebs- funktion kann bei der Versorgung der Wicklung mit Wechsel¬ strom oder mit rechteckigen, trapez- oder sägezahnförmigen Impulsen wechselseitiger Polarität erreicht werden. Die

Auslösung solcher Impulse läßt sich zweckmäßig in Abhängig¬ keit von der Stellung des Hubankers 3, 4 steuern. Dies ge¬ schieht am einfachsten über Endlagerkontakte, wie z. B. in Fig. 11 in Verbindung mit einer Kondensatorimpulsschaltung dargestellt. Der bewegliche Wechselkontakt des bistabilen Schalters 26 ist mit dem Anfang der Wicklung 1 verbunden und kann von der Betätigungsstange 27 vom seitlichen Plus¬ kontakt (rechts) auf den Minuskontakt (nach links) umge¬ schaltet werden. Auf der mit Gewinde versehenen Betäti- gungsstange 27 bfinden sich zwei Einstellmuttern 28, mit deren Hilfe die Schaltpunkte des Schalters 26 genau justiert werden können. Bewegt sich der Hubanker 3, 4 nach links, so verschiebt dieser die mit dem Polstück 4 solida¬ rische Betätigungsstange 27 des Umschalters nach links. Die rechte Einstellmutter 28' bewegt die Umschaltlamelle des Umschalters 26 nach links (von + nach -) erst wenn die linke Anschlagstellung des Hubankers 3, 4 am Anschlagpol 5 beinahe erreicht ist. Die Umschaltung in die Ursprungsstel¬ lung (von - nach +) geschieht kurz vor Erreichen der rechten Stellung des Hubankers 3, 4 am Anschlagpol 5' mit Hilfe der Einstellmutter 28.

Funktionsweise:

Der Hubanker 3, 4 samt Umschalter 26 befindet sich in der gezeichneten Stellung rechts. Wenn der Steuerschalter 29 geschlossen wird, gerät die Wicklung 1 unter Strom, der die Fließrichtung vom Umschaltkontakt 26 zum Kondensator 30 hat. Dieser Strom bewirkt die Bewegung des Hubankers 3, 4 nach links und lädt gleichzeitig den Kondensator 30. Der Stromimpuls endet, wenn der Hubanker 26 auf die linke Stel- lung (-) springt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator 30 geladen oder nahezu geladen, so daß die Öffnung des rechten Kontaktes (am +) fast stromlos erfolgt. Die Schließung des linken (-) Kontaktes bewirkt jetzt, daß der Strom vom Plus des Kondensators 30 zum Umschaltkontakt fließt, also in umgekehrter Richtung. Der Kondensator entlädt sich und der Hubanker 3, 4 kehrt zur Ausgangs¬ stellung zurück. Kurz vor Erreichen des rechten Anschlag¬ pols 5' schaltet der Umschalter 26 wieder auf den Plus¬ kontakt und der beschriebene Bewegungszyklus wiederholt sich; es stellt sich also ein Schwingbetrieb des Hubankers ein. Der Stromverbrauch bei dieser Betriebsart ist besonders gering, weil die Energie in nur einer Bewegungs¬ richtung aus der Batterie 31 entnommen wird. Die Lebens¬ dauer der Kontakte ist hoch, weil deren Öffnung nahezu stromlos (mit geringer Funkenbildung) erfolgt. Statt einer Kombination Kondensator 30 plus Wicklung 1 kann bei diesem Magnetantrieb eine energiespeichernde, induktiv-kapazitive Wicklung, wie erwähnt, eingesetzt werden.

Wenn der Umschalter 26 von außen gesteuert ist, lassen sich mit Hilfe dieser Lade-Entladeschaltung auch einzelne Betä¬ tigungsvorgänge realisieren.

Eine Aufbereitung der Betätigungsimpulse mit anderen be- kannten Mitteln (KreuzSchalter, Wicklung mit Mittenan¬ zapfung usw.) ist jederzeit möglich, jedoch meistens kom¬ plizierter.

Statt des mechanischen Umschalters 26 (Fig. 11) können auch berührungslose Sensoren, wie Näherungsschalter, Hallsonden, Lichtschranken usw. eingesetzt werden, die eine elektro- nische Impulsaufbereitung steuern. Das Erreichen der End¬ stellungen des Hubankers 3, 4 an den Anschlagpolen 5, 5' läßt sich auch mit Hilfe einer oder mehrerer Zusatzwicklun¬ gen ermitteln und zur Steuerimpulsaufbereitung verarbeiten. Beim Erreichen einer Anschlagstellung erfolgt im Magnet- kreis (Magnetkern 2, Rückschlußjoch 6 und Anschlagpole 5) eine starke Magnetfeldänderung, die in einer Wicklung, die einen dieser Teile umringt, einen charakteristischen Spannungsanstieg hoher Steilheit verursacht, der zur Auslö¬ sung der Umschaltimpulse herangezogen werden kann.

Die aufgeführten Ausführungsbeispiele dienen lediglich dazu, konkrete Hinweise für mögliche konstruktive Gestal¬ tungen zu geben. Der Fachmann kann sich z. B. entscheiden, anstelle der Ausführungen mit Kolben Membran- oder Kolben- membranpumpen zu bauen. Er kann zwischen die Polstücke 4 und die Anschlagpole 5 nichtmagnetische Abstandhalter vor¬ sehen (z. B. elastische Platten für die Geräuschreduzie¬ rung) .

Wie in Fig. ld gezeigt, wo links, also am Anschlagpol 5, eine Luftspaltplatte mit der Stärke 1 als vorhanden ange¬ nommen wird, reduzieren solche Abstandhalter durch Hubbe¬ grenzung sowohl den u. U. unnötig steilen Anstieg der An¬ zugskräfte AK-1 als auch die Haltekraft HK-1. Falls gegen die Kraft AK-1 z. B. eine Federkraft (FK, s. Kennlinie) wirkt, die die nun reduzierte Haltekraft HKJJ der Feder überwindet, so wird in stromlosem Zustand der Wicklung der Hubanker 3, 4 nach rechts zurückgedrängt. Das Verhalten des Magnetantriebes wird also auf mechanische Weise zum mono- stabilen modifiziert.

Das monostabile Verhalten ist of erwünscht, und es läßt sich unter Beibehaltung aller Vorteile des Antriebes über eine gezielte Steuerung einer Schaltung mit kapazitiver Energiespeicherung, wie in Fig. 11 erreichen. In diesem Fall sollte der Umschalter 26 monostabil sein und nicht mehr vom Hubanker betätigt werden, sondern extern durch Anlegen einer Spannung z. B. an die Relaiswicklung 32 (mit den Anschlüssen gestrichelt gezeichnet) . Vor Anlegen der Spannung über den Schalter 29 befindet sich der Umschalter 26 in der linken Stellung (bei -) . Beim Anlegen der

Spannung wird die Relaiswicklung erregt, und der Umschal¬ ter 26 wechselt auf die rechte Seite (bei +) . Die Wicklung 1 wird unter Strom gesetzt und der Hubanker 3, 4 bewegt sich nach links, wobei der Kondensator 30 sich lädt und unter Spannung bleibt. Wird der Schalter 29 geöffnet, so fällt der Umschalter 26 in die Ursprungsstellung (nach links bei -) zurück und der Kondensator 30 entlädt sich in der Wicklung 1, was zur Folge hat, daß der Hubanker sich in die Ursprungsstellung (nach rechts) zurückbewegt.

Das Anlegen / Wegnehmen der Spannung mit Hilfe des Schal¬ ters 29 steuert den Antrieb in monostabiler Betriebsweise, wobei die Wicklung 1 kurz kurzzeitig, extrem energiesparend unter Strom steht. Ähnliche Schaltungen lassen sich auch, wie in der Relaistechnik bekannt, mit elektronischen

Mitteln durchführen. Die Erfindung gestattet also, mit geringem mechanischen Aufwand die Realisierung einer breiten Palette von elektro echanischen Produkten, wobei wesentliche Vorteile, wie Energieeinsparung, geringes Hub- ankergewicht. Steuerbarkeit in zwei Richtungen, Änderung des Antriebsverhaltens durch gezielte Beschaltung, kleine Abmessungen usw. in den Vordergrund treten.

Die Erfindung betrifft ferner Sonderbauformen der Magnet- antriebe, welche die oben beschrieenen Ausführungsbei¬ spiele, insbesondere im Hinblick auf monostabile Betriebs¬ weise erweitern. Dadurch soll der Magnetantrieb praktischen

Einsatzfällen angepaßt werden unter Beibehaltung der Merk¬ male, die insbesondere den permamentmagnetischen Hubanker betreffen, der stets einen flachen Hochleistungsmagneten beinhaltet und innerhalb eines diesen Anker umfassenden Ringpols gleitet. Es ergibt sich die Möglichkeit, den seinem Wesen nach bistabilen Magnetantrieb durch gezielte Schaltungen monostabil zu machen.

Im nachfolgenden werden weitere Ausgestaltungen der Pol¬ bereiche aufgezeigt, die die Kennlinien des Magnetantriebes derart verändern, um den mechanisch monostabilen Betrieb zu gestatten. Außerdem wird beschrieben, wie sich der Magnet¬ antrieb durch Unterteilung der Wicklung verschiedenen Einbauraumverhältnissen anpassen läßt, wobei die Energie- effizienz gesteigert wird.

Für gleiche oder gleichwirkende Bauteile sind die gleichen Bezugszeichen wie oben verwendet.

Der Magnetantrieb nach Fig. 12 hat zwei Wicklungen 1, 1' und entsprechend zwei Magnetkerne 2, 2' und zwei Außenjoche 6, 6' mit jeweils der Hälfte des magnetischen Querschnittes gegenüber der bei einer Wicklung notwendigen. Diese sind derart gewickelt, daß sie, falls stromdurchflossen, dem Ringpol Rp stets die gleiche Polarität z. B. Süd (S) ein¬ prägen. Dadurch wirken sie magnetisch wie eine Einzel¬ wicklung, jedoch mit einer höheren Energieeffizienz (Ampere-Windungen/Watt) bei gleicher Raumausnutzung.

Bei gleichem Wicklungsquerschnitt bzw. -quälitat in dem Raum, in dem eine Anzahl von n Windungen untergebracht werden können, die von einem Strom I durchflössen werden, gestattet die Aufteilung in zwei Wicklungsabschnitte, daß die dazu notwendige Spannung (Leistung) niedriger ist. Dies geschieht, weil die zwei Spulen, jeweils mit einer Länge L, auf denen je n/2 Windungen gewickelt sind, weniger Draht (geringerer Widerstand) aufweisen als eine Wicklung mit der

gleichen Länge L und mit n Windungen, die eine größere mittlere Windungslänge haben. Der im Querschnitt auf zwei Hälften unterteilte Magnetkern 2 trägt auch zur Verkürzung der mittleren Windungslänge bei.

Der Hochleistungsmagnet 3 auf der Basis von seltenen Erden befindet sich zwischen den Polstücken 4, 4', die, soweit es die magnetischen Mindestquerschnitte zulassen, ausgehöhlt sind, um Ankergewicht zu sparen. Eine nicht magnetische Hülse 7 zentriert die Teile 3, 4 des Hubankers und kann als mechanische Führung dienen. Das Polstück 4 ist oberhalb des Ringpols Rp T-förmig ausgeweitet, was zu einer schwach an¬ steigenden Anzugskraftkennlinie Ak (Fig. 13) führt. Zum selben Zweck bzw. zur Änderung der Kennlinie im Hinblick auf eine monostabile Betriebsart dient die Ausgestaltung des Polstückes 4', das, an der unteren Seite abgerundet, in eine Bohrung eintauchen kann, die an der Unterseite des Außenjoches 6 praktiziert ist. Es kommt also in diesem Bereich zu keinem frontalen Anschlag zwischen den Pol- stücken 4' und 6, der bekanntlich zu einer hohen, hubab¬ hängig steil ansteigenden Kraft führen würde.

Je nach Bedarf zur Änderung der Anzugskraftkennlinie kann dieser Polbereich 4', 6, 6' auch anders gestaltet werden, wie z. B. mit einem zylindrischen oder kegeligen Fortsatz des Durchbruches im unteren Teil des Außenjoches 6, wie z. B. in Fig. 15, 15 und 16 abgebildet. Fig. 13 zeigt den grundsätzlichen Verlauf der elektromagnetischen Anzugskraft Ak für eine vorgegebene Stromfließrichtung bzw. der perma- nentmagnetischen Haltekraft Pk für einen Magnetantrieb nach Fig. 12. Die senkrechte Achse entspricht richtungskonform dem Ankerhub (von der gezeichneten Stellung nach unten) . Auf der linken Seite sind die nach unten gerichteten Kräfte eingetragen (-) und auf der rechten Seite die nach oben gerichteten (+) , welche die Wiederkehr des Ankers bewirken. Beim mechanisch monostabilen Betrieb des Magnetantriebes soll der Hubanker allein auf Grund der permanentmagneti-

sehen Kräfte zurückkehren. Bei der Erregung der Wicklung erreicht die elektromagnetische Anzugskraft den Wert A, die, höher gewählt als die Kraft der anzutreibenden Vor¬ richtung, dazu führt, daß sich der Hubanker 3, 4, 4' nach unten bewegt, wobei die Kraft gemäß der Kennlinie Ak zu¬ nimmt bis die untere Ankerstellung E erreicht wird. Wenn auf den Hubanker keine äußeren Kräfte wirken, bleibt er nach Stromunterbrechung gemäß der Kennlinie Pk in dieser Stellung haften, weil in diesem Hubbereich die permanent- magnetische Kraft Pk (Punktlinie) negativ ist. Der Mag¬ netantrieb alleine genommen ist in diesem Fall bistabil. Falls der Hubanker mit Hilfe einer äußeren nach oben ge¬ richteten (+) Kraft (Hilfsfeder, Rückwirkung der ange¬ triebenen Vorrichtung) entgegen dem negativen Anteil der Kräfte Pk nach oben bewegt wird, über den Umkehrpunkt U hinaus, dann wird ab hier die Bewegung nach oben vom posi¬ tiven Anteil der Kraft Pk unterstützt. Mit einer geringen Rückkehrhilfe (Überwindung des negativen Antils der Kräfte Pk) wirkt also der Magnetantrieb monostabil.

Durch konstruktive Maßnahmen ist es möglich, den Umkehr¬ punkt U so weit nach unten zu verlegen, daß der Magnet¬ antrieb alleine monostabil ist, d. h. die permanentmagne¬ tischen Kräfte haben auf dem vorgegebenen Hub nur positive Vorzeichen. Der monostabile Betrieb ließe sich erreichen durch Vergrößerung bzw. Formveränderung des Luftspaltes zwischen dem Polstück 4 und dem Ringpol Rp oder durch die Gestaltung der unteren Polteile 4', 6 oder durch eine kegelförmige, sich nach unten öffnende Gestaltung des Ring- pols Rp, insbesondere an dessen unteren Seite oder durch Einschnitte in den Ringpol, wie Z. B. in Fig. 14 gezeigt. Unter Berücksichtigung magnetisch relevanter Gegebenheiten können alle weichmagnetischen Teile 2, Rp, 4, 6 konstruktiv beliebig unterteilt und zusammengesetzt werden.

Es ist fertigungstechnisch sinnvoll, die Magnetkerne 2 samt Ringpol Rp mit einem isolierenden Stoff, wie Thermoplast,

Epoxydharz usw. zu umspritzen und auf diesem Weg auch die Wickelkörper bzw. die mechanische Führung für den Hubanker in einem Fertigungsschritt herzustellen.

Der durch Umspritzung gebildete Kunststoffkörper 10 ist also gleichzeitig Wickelkörper für die beiden Wicklungs¬ abschnitte 1, 1' und kann auch die elektrischen Anschlüsse angeformt haben, mechanische Führung für den Hubanker, der z. B. mit der oberen bzw. unteren Seite gegenüber dem Kunststoffkörper 10 gleitet, als auch Abstandhalter (Luft¬ spalt) zwischen der oberen Seite des Polstückes 4 bzw. dem Ringpol Rp.

Fig. 14 zeigt schematisch einen Magnetantrieb, der gegenüber dem in Fig. 12 dargestellten an der Seite jeder

Wicklung ein Außenjoch 6 mit nur einem Schenkel hat. Dieses Joch 6 erstreckt sich über dem Polbereich des Hubankers 3, 4, so daß das Joch 6 der linken Wicklung als oberer Außen¬ pol dient, bzw. der der rechten 6' als unterer Außenpol. Damit sind die Magnetkreise der linken bzw. rechten Wick¬ lung voneinander unabhängig. Dies hat den Vorteil, daß eine angestrebte, nicht symmetrische Stromverteilung zwischen den zwei Wicklungsteilen zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Antriebes eingesetzt werden kann.

Wenn die zwei Wicklungen z. B. in Reihe geschaltet sind, wobei parallel zur rechten Wicklung ein Kondensator ange¬ schlossen ist, wird eine an den Wicklungen angelegte Span¬ nung dazu führen, daß der Strom in der linken Wicklungs- hälfte nach der Einschaltung kurzzeitig einen höheren Wert erreicht, was der Haftungsneigung des oberen Polstückes 4 am Hochteil 6 entgegenwirkt und so die Bewegungseinleitung erleichtert.

Eine ähnliche, meist weniger ausgeprägte kurzzeitige Magnetfeldverlagerung in der Luftspalte oberhalb bzw. unterhalb des Ringpols Rp kann man auch mit an geeigneten

Stellen angebrachten Kurzschlußwindungen, z. B. auf dem Rückschlußjoch 6, erreichen und dies auch bei anderen Magnetkreisen, wie nach Fig. 12.

Zum Zwecke der Beeinflussung der Kennlinien können Magnet¬ kreise wie in Fig. 14 auch unterschiedliche Wicklungspara¬ meter der Teilwicklungen haben, die dazu führen, daß die Ampere-Windungszahlen für die beiden Teile des Magnetan¬ triebes stets unterschiedlich sind.

Fig. 14 zeigt außerdem eine andere Gestaltung der anker¬ nahen Polbereiche. Der Ringpol Rp (hier nicht geschnitten dargestellt) hat keine konstante Höhe, sondern weist stets symmetrisch verlaufende Höheneinschnitte auf, und zwar oben V-förmig, unten kreissegmentförmig abgebildet. Damit wird bezweckt, daß das überfahren (während des Ankerhubes) einer Kante des Ringpols Rp vom Kantenumfang des Permanentmagne¬ ten 3 nicht gleichzeitig über den ganzen Ringpolumfang ge¬ schieht. Dies hätte u. U. zur Folge, daß in der Anzugs- kraftkennlinie des Antriebes eine Unregelmäßigkeit (Rast¬ punkt) eintritt. Da der Umfang der Ringpolkante als Folge der beschriebenen Gestaltung nicht mehr eine Ebene ist, kann man solche Rastpunkte vermeiden bzw. glätten. Dieser Gestaltung des Ringpols Rp entspricht auch die Form des Polstückes 4, dessen Breitseite V-förmig, wie auch die darüberliegende Verlängerung des Außenjoches 6, ausgebildet ist. Diese Maßnahmen können auch für die anderen Applika¬ tionsbeispiele der Hauptanmeldung nach eingesetzt werden.

Auf Grund der Existenz mehrerer Arbeitsluftspalten hat der Fachmann also die Möglichkeit, durch Einzelgestaltung dieser die Anzugskraftkennlinie sowohl im Hubanfangsbereich als auch im mittleren bzw. Hubendbereich zu beeinflussen, und zwar in weiteren Grenzen als bei bisherigen Magnet- antrieben.

Durch die mittige Hubankerstellung eignen sich die Magnet¬ antriebe der Fig. 12 und 14 besonders gut für Schütze und gestatten, daß Schütze mit schmalerer Bauform für höhere Packungsdichte an einer Befestigungsschiene entstehen. Fig. 15 und 16 zeigen eine vorteilhafte räumliche Anordnung eines schmalen Schützes mit Magnetantrieb nach Fig. 12, welcher hier im unteren Polbereich ein hohlkegeliges Pol¬ stück 4' hat. Der Hubanker 3, 4 treibt direkt, entlang der vertikalen Symmetrieachse die beweglichen Kontakte 21 an, die zu einem Kontaktblock KB gehören. An den feststehenden Kontakten 22, 22' sind z. B. Drehstromadern R, S, T durch Schraubklemmen 23 oder Steckklemmen 24 angeschlossen. Fig. 16 zeigt einen Querschnitt durch dieses Schütz. Im Falle eines Minischützes im meistverwendeten Schaltleistungsbe- reich bis etwa 6KW beträgt die Antriebsbreite B etwa 25mm. Die senkrechte Anordnung der Kontakte mit einer Breite von etwa 12 mm per Kontaktblock gestattete es, neben dem ver¬ setzt anzuordnenden Hauptkontaktblock einen Nebenkontakt- block oder andere Hilfseinrichtungen unterzubringen. Die Andruckfedern 25 der beweglichen Kontakte 21 können bewir¬ ken, falls der Magnetantrieb eine Kennlinie der permanent¬ magnetischen Kräfte wie in Fig. 13 hat, daß das Verhalten des Schützes monostabil ist. In stromlosem Zustand der Spule hilft die Reaktion der Federn 25 zum Abheben des Hub- ankers 3, 4 also zur Überwindung des negativen Anteils der permanentmagnetischen Kräfte Pk.

Fig. 17 zeigt eine Draufsicht mit Teilschnitten auf einen Magnetantrieb ähnlich dem in Fig. 12 und 14, der statt zwei jetzt vier in der gleichen Richtung orientierte Wicklungen hat, deren Kerne (mit stets gleicher Polarität) nach außen am Außenjoch 6 und nach innen am Ringpol Rp angeschlossen sind. Der Umfang des Ringpols sowie ein oder beide Pol¬ stücke 4 sind viereckig und meist ähnlicher Größe. An dem Ringpol Rp sind vier Wickelkerne 2 angeformt oder ange¬ bracht, die die Wicklungen 1 tragen. Der Hubanker mit dem Permanentmagneten 3 und die Polstücke 4 sind senkrecht zur

Zeichenebene zwischen dem Ringpol Rp und dem Außenjoch 6 bewegbar. Er wirkt magnetisch mit diesen Teilen zusammen, die eine der bisher beschriebenen Ausgestaltungen haben können.

Der Ringpol Rp kann auch hier mit Kunststoff umspritzt werden, um eine mechanische Führung für den Hubanker zu bilden. Aus dieser Umspritzung können Stege S gebildet werden, die parallel zur Hubankerachse verlaufen und dem flachen Teil des Polstücks 4 als Führung dienen.

Die vier oder mehrere Wicklungen können z. B. auch kreuz- oder sternförmig angeordnet werden, wobei der Umfang des Ringpols Rp quadratisch wäre. Dies ergäbe eine symmetri- schere Verteilung des Magnetflusses sowie die Möglichkeit, die vier Wicklungen direkt auf dem kreuzförmigen Kern mit Ringpol nacheinander zu wickeln, führte jedoch zu größeren Abmessungen des Antriebes. Je nachdem, wie die räumlichen Verhältnisse bzw. der Hub des Antriebes es fordern, können zwei oder mehrere Wicklungen mit der Achse senkrecht zur

Ebene des Ringpols Rp, d. h. parallel zur Hubrichtung ange¬ bracht werden. Das Vorhandensein mehrerer Wicklungen ge¬ stattet es, daß diese nach Bedarf in Reihe oder parallel geschaltet werden und auf diese Weise einem Magnetantrieb die Funktion mit verschiedenen Spannungen gestatten.

Fig. 18 zeigt einen Magnetantrieb, insbesondere für Relais, dessen Hubanker mit Hilfe einer Lamellenfeder geführt ist. Die Lamellenfeder 31 aus nichtmagnetischem Federwerkstoff ist entlang dem Magnetkern 2 durch den Befestigungskörper 10 (gleichzeitig Wickelkörper) geführt und kann sich an einem dieser Teile derart stützen, daß sich sein elastisch wirksame Länge je nach der Stellung des Hubankers 3, 4. ändert. Dieses Merkmal kann gezielt dazu eingesetzt werden, um die Antriebskennlinie an die Erfordernisse einer anzu¬ treibenden Vorrichtung anzupassen, z. B. um durch Kraft- speicherung ein monostabiles Verhalten zu bewirken. Der

Befestigungskörper 10, der gleichzeitig Spulenkörper ist, ist vom Magnetkern 2 durchdrungen, der einen Ringpol Rp hat. Die Lamelle 31, die ungleiche Breite haben kann, ist an ihrem linken Ende, z. B. zusammen mit dem Magnetkern 2, dem Befestigungskörper 10 bzw. mit dem Außenjoch 6 befestigt.