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Patent Searching and Data


Title:
ELECTROMAGNET SYSTEM AND PROCESS AND DEVICE FOR JOINING THE CORE AND YOKE IN AN ELECTROMAGNET SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1993/001607
Kind Code:
A1
Abstract:
The electromagnet system has a bent yoke (3) and a round core (4) having a uniform cross-section from its pole end (4a) to its securing end (4b) but a conical section (4c) widening outwards. The pole end (4a) of the core (4) is first inserted from the outside into a drilling (3c) in the yoke and adjusted and secured by pulsed shocks. This makes it possible to obtain a uniformly reliable solid seat with relatively light joining forces. Knocking the core in with pulsed shocks requires no backing by the relay structure as the counter-force is primarily provided by the inertia of the yoke and the coil system.

Inventors:
HENDEL HORST (DE)
Application Number:
PCT/DE1992/000512
Publication Date:
January 21, 1993
Filing Date:
June 22, 1992
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01F7/08; H01F41/02; H01H49/00; H01H50/36; H01H50/16; H01H50/34; H01H51/06; (IPC1-7): H01H49/00; H01H50/16; H01H51/06
Foreign References:
DE3148052A11983-06-09
US4720909A1988-01-26
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AG (München 22, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektromagnetsystem mit einem abgewinkelten Joch (3) und mit einem Kern (4), der mit einem Polende (4a) einem Anker (5) gegenübersteht und mit einem Befestigungsende (4b) in einer Bohrung eines Jochschenkels (3b) mit Preßsitz befestigt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kern (4) von seinem Polende (4a) her bis in die Nähe des Befesti¬ gungsendes (4b) einen gleichbleibenden, durch die Bohrung (3c) des Jochschenkels (3b) steckbaren Querschnitt sowie zu seinem Befestigungsende (4b) hin einen konisch erweiterten Kegelab¬ schnitt (4c) aufweist und daß der Kern (4) an dem Befesti¬ gungsende (4b) mit einem den Bohrungsdurchmesser übersteigen¬ den Kerndurchmesser das Material des Joches durchdringt.
2. Magnetsystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß der Kegelabschnitt (4c) gegenüber der Spulenachse eine Steigung von annähernd 1 bis 2β, vorzugsweise 1,5*, aufweist.
3. Magnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der maximale Durchmesser des Kerns (4) an seinem Befestigungsende (4b) etwa 5 bis 10 % grö¬ ßer ist als der Durchmesser im gleichbleibenden Bereich bzw. 3 bis 5 % größer als der Durchmesser der Jochbohrung (3c).
4. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Befesti¬ gungsende des Kerns stirnseitig eine Markierung, insbesondere eine kalottenförmige Vertiefung (4d), aufweist.
5. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kern (4) in der Nähe seines Polendes Halteelemente (9), insbesondere Haltenasen, auf seiner Manteloberfläche aufweist, die mit dem Material eines Spulenkörpers (2) ineinandergreifen und eine relative Axialverschiebung zwischen Kern und Spulenkörper ver¬ hindern.
6. Verfahren zum Fügen von Kern und Joch bei einem Elektroma¬ gnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Kern (4) durch eine Bohrung (3c) eines Jochschenkels (3b) gesteckt und durch Einpressen des Befestigungsendes (4b) fixiert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an dem über einen wesentlichen Teil seiner Länge gleichbleibend dik ken, durch die Bohrung (3c) des Jochschenkels (3b) passenden Kerns (4) ein zum Befestigungsende erweiterter Kegelabschnitt (4c) angeformt wird, dessen Durchmesser am Befestigungsende (4b) größer ist als der Durchmesser der Bohrung (3c), daß der Kern (4) mit seinem Polende (4a) voraus durch die Bohrung (3c) des Jochschenkels (3b) gesteckt wird und daß der Kern (4) durch impulsartige Krafteinwirkung auf das Befestigungsende (4b) in seine Endposition gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Krafteinwirkung auf das Befesti¬ gungsende (4b) ohne starre Gegenlage für das Magnetsystem er¬ folgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Kegelabschnitt (4c) gegen¬ über der Bohrung (3c) so bemessen wird, daß die Ausdrückkraft des Kerns etwa 2/3 der Eindrückkraft beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor dem jeweils nächsten Kraftimpuls die Rückkehr des Magnetsystems in seine Ausgangs¬ lage abgewartet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Magnetsystem während der impulsartigen Krafteinwirkung um eine waagerechte, zur Achsrichtung der Spulenachse senkrechte Achse (13) frei schwenkbar aufgehängt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auslenkung des Magnet¬ systems nach den Kraftimpulsen jeweils durch zusätzliche Ma߬ nahmen (16) gedämpft wird.
12. Vorrichtung zum Fügen von Kern und Joch nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 6 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine zangenförmige Haltevorrichtung (10), welche das Magnetsystem (3, 4) aufzunehmen vermag und um eine zur Richtung der Spulenachse senkrechte Achse (13) frei schwenkbar ist und eine Schlageinrichtung mit einem impulsweise antreib¬ baren Stößel (8), welche so einstellbar ist, daß er axial auf das Befestigungsende des Kerns (4) auftrifft.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Intensität der mit dem Stößel (8) erzeugbaren Kraftimpulse einstellbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schwingungen des Magnet¬ system in Schlagrichtung (7) reduzierende Dämpfungsvorrichtung (16).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine wahlweise das Polende (4a) des Kerns mittelbar oder unmittelbar abtastende Meßeinrichtung (17).
Description:
Elektromagnetsystem sowie Verfahren und Vorrichtung zum Fügen von Kern und Joch bei dem Elektromagnetsystem

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetsystem, insbesondere für ein Relais, mit einem abgewinkelten Joch und mit einem Kern, der mit einem Polende einem Anker gegenübersteht und mit einem Befestigungsende in einer Bohrung eines Jochschenkels mit Preßsitz befestigt ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fügen von Kern und Joch bei diesem Elektromagnetsystem.

Elektromagnetsysteme mit einer auf einem Spulenkörper befind¬ lichen Wicklung, einem axial durch den Spulenkörper verlaufen¬ den Kern und einem die Spule auf zwei Außenseiten umgebenden, abgewinkelten Joch sind allgemein bekannt und üblich. Dabei wird der Kern in der Regel mit seinem Befestigungsende voraus von der Polseite her durch den Spulenkδrper in die Bohrung des Jochschenkels eingedrückt und unter Umständen durch zusätzli¬ che Maßnahmen, wie Verkerben oder Verschweißen, an der Außen¬ seite des Joches fixiert. Diese Einsteckrichtung ist bei den meisten Magnetsystemen schon deshalb erforderlich, weil zur Vergrößerung der Polfläche der Kern am Polende einen vergrö¬ ßerten Querschnitt besitzt, mit welchem er nicht von der Joch¬ seite her eingeschoben werden könnte. Diese herkömmliche Art der Kernbefestigung ist auch zweckmäßig, wenn die Spulenkör- peröffnung von der Polseite bzw. Ankerseite her ohne weiteres zugänglich ist. Der Anker kann in diesen Fällen allerdings erst nach dem Einschieben des Kerns aufgesetzt werden, wobei eine Justierung der Polfläche, beispielsweise bündig zur La¬ gerkante des Joches, in der Regel vor dem Einsetzen des Ankers erfolgen muß. Eine nach der Montage des Ankers erwünschte Ju- stierung des Arbeitsluftspaltes durch Verschieben des Kerns ist in der Regel nur unter erschwerten Bedingungen durchführ¬ bar.

Aus der US-PS 4,720,909 ist bereits ein Verfahren zum Einpres¬ sen eines Kerns in eine Jochbohrung bekannt, wobei an dem Jochschenkel zunächst ein die Bohrung umgebender Ringwulst an¬ geformt wird, so daß die Befestigungsstrecke zwischen Joch- Schenkel und Kern verlängert wird. Dort ist auch bereits be¬ schrieben, den Kern zum Befestigungsende hin leicht konisch zu gestalten, und zwar im Sinne eines sich zum Ende hin verklei¬ nernden Querschnitts, um das Einstecken in die Jochbohrung zu erleichtern. Auch in diesem Fall aber muß das Einstecken von der Polseite her erfolgen, da der Kern am polseitigen Ende ei¬ ne im Querschnitt vergrößerte Polplatte aufweist.

Für verschiedene Anwendungsfälle ist es jedoch konstruktiv nicht möglich, den Kern von der Anker- bzw. Polseite her ein- zustecken, beispielsweise, wenn der Anker aus bestimmten Grün¬ den vor dem Kern montiert werden soll oder wenn zwei Magnetsy¬ steme mit geringem Abstand zwischen beiden Kernen miteinander fluchtend auf einem gemeinsamen Grundkörper befestigt werden sollen. Für solche Fälle ist es aus der DE-OS 31 48 052 be- reits bekannt, den Spulenkern von der Jochschenkelseite her einzustecken und dann mit Hilfe eines Feingewindes auf ein be¬ stimmtes Maß einzuschrauben. Ein solches Feingewinde zur Befe¬ stigung zwischen Kern und Joch erfordert jedoch sowohl in der Herstellung der Einzelteile als auch bei der Montage und Ju- stierung einen erheblichen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Magnetsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Kern auf einfache Weise durch die Bohrung des Jochschenkels eingesetzt und zuverlässig und sicher maßgenau befestigt werden kann. Außerdem sollen mit der Erfindung ein Verfahren zum Fügen von Kern und Joch sowie eine hierfür geeignete Vorrichtung angegeben werden.

Erfindungsgemäß ist ein Elektromagnetsystem zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß der Kern von seinem Polen¬ de her bis in die Nähe des Befestigungsendes einen gleichblei¬ benden, durch die Bohrung des Jochschenkels steckbaren Quer-

schnitt sowie zu seinem Befestigungsende hin einen konisch er¬ weiterten Kegelabschnitt aufweist und daß der Kern an dem Be¬ festigungsende mit einem den Bohrungsdurchmesser übersteigen¬ den Kerndurchmesser das Material des Joches durchdringt.

Bei dem erfindungsgemäßen Elektromagnetsystem ist also der Kern an seinem Befestigungsende im Gegensatz zu bekannten Ge¬ staltungen konisch erweitert, so daß er zunächst mit dem Pol¬ ende von der Außenseite durch die Bohrung des Jochschenkels und gegebenenfalls durch einen Spulenkörper hindurch einge¬ steckt werden kann, und daß erst am Ende der Einsteckbewegung eine Durchdringung von Kerndurchmesser und Bohrungsinnendurch¬ messer des Joches erfolgt. Durch die konische Gestaltung des Kernendes ergibt sich ein sehr guter Festsitz des Kerns im Joch mit einem verbesserten Kraft- und Formschluß sowie mit einer verbesserten Positioniergenauigkeit beider Teile. Da dieser Kern von der Jochseite her eingeschoben werden kann, kann beispielsweise das Joch mit dem Anker vormontiert werden, bevor der Kern eingefügt wird. Für den Festsitz wird vorzugs- weise das Befestigungsende des Kerns mit dem Konus so bemes¬ sen, daß die Ausdrückkraft des Kerns etwa 2/3 der Eindrück¬ kraft betätigt. Vorzugsweise besitzt der Kegelabschnitt gegen¬ über der Spulenachse eine Steigung von annähernd 1 bis 2 β , vorzugsweise 1,5 * . Der maximale Durchmesser des Kerns am Befe- stigungsende ist bei üblichen Relais-Magnetsystemen etwa 5 bis 10 % größer als der Durchmesser des Kerns im gleichbleibenden Bereich bzw. 3 bis 5 % größer als der Durchmesser der Jochboh¬ rung; der gleichbleibende Bereich des Kerns ist nämlich zur Erleichterung des Einsteckens im Durchmesser etwas geringer als die Jochbohrung. Für einen Spulenkern von beispielsweise 6 mm Durchmesser ergibt sich somit ein Kernübermaß gegenüber der Jochbohrung von etwa 0,2 bis 0,3 mm.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Fügen von Kern und Joch bei einem Elektromagnetsystem, wobei der Kern durch eine Boh¬ rung eines Jochschenkels gesteckt und durch Einpressen des Be¬ festigungsendes fixiert wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß

an dem über einen wesentlichen Teil seiner Länge gleichblei¬ bend dicken, durch die Bohrung des Jochschenkels passenden Kerns ein zum Befestigungsende erweiterter Kegelabschnitt an¬ geformt wird, dessen Durchmesser am Befestigungsende größer ist als der Durchmesser der Bohrung, daß der Kern mit seinem Polende voraus durch die Bohrung des Jochschenkels gesteckt wird und daß der Kern durch impulsartige Krafteinwirkung auf das Befestigungsende in seine Endposition gebracht wird. Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird der Kern zunächst mit wenig Kraft von der Jochrückseite her durch die Jochbohrung und gegebenenfalls eine Spulenkörperbohrung eingeschoben. Erst wenn das konisch erweiterte Befestigungsende in die Jochboh¬ rung eintritt, ist eine erhöhte Krafteinwirkung erforderlich, wobei durch das impulsweise Eintreiben des Kerns der Preßsitz gesteigert wird. Durch die Keilwirkung des Kegelabschnittes wird eine hohe Flächenpressung erzeugt, so daß der Festsitz sowie die magnetische Kopplung zwischen beiden Teilen Höchst¬ werte erreichen.

Im Gegensatz zu üblichen weggesteuerten Eindrückstempeln wird hier allein mit kinetischer Energie gearbeitet, die beispiels¬ weise von einem auf entsprechende Geschwindigkeit beschleunig¬ ten Stößel ausgeht, der auf den Kern aufschlägt. Durch die ho¬ he Flächenpressung stellt sich nach einiger Zeit zwischen Kern und Joch eine Vervielfachung der Anfangsfestigkeit ein, was durch eine Kaltfließbewegung der einander durchdringenden Oberflächen bewirkt wird. Die Festigkeit kann durch eine Wär¬ meeinwirkung von beispielsweise einer Stunde Dauer noch ver¬ bessert werden. Dabei wird die Festigkeit mit höheren Te pera- turen verbessert, wobei in der Regel durch den Kunststoffspu¬ lenkörper die Temperaturobergrenze bei etwa 200 * C liegen wird. Auch die Festigkeit gegen Heraushebeln des Kerns aus dem Joch ist verbessert, da der kegelige Kern die Bohrung über die ge¬ samte Dicke des Joches lückenlos ausfüllt.

Die erfindungsgemäße Methode der impulsartigen Krafteinwirkung erfordert keine Gegenlage des Relaisaufbaus beim Einschieben

des Kerns in seine Endstellung, da die Gegenkraft tatsächlich von der Massenträgheit des Joches und gegebenenfalls der Kup¬ ferwicklung der Spule erzeugt wird. Dabei genügt es, das Re¬ lais in relativ ungenauer Position schwenkbar zu haltern, um die geringen Erschütterungen durch die Einwirkung der Kraftim¬ pulse abzufangen. Die jeweils pro Kraftimpuls erzielbare Weg¬ verschiebung des Kerns kann über die Intensität der Impulse in einem weiten Bereich verändert werden, so daß eine hohe Posi¬ tioniergenauigkeit des Kerns zum Joch bzw. zum Spulenkörper erreichbar ist.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Fügen von Kern und Joch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren besitzt eine zangenförmige Halterung, welche das Magnetsystem aufzunehmen vermag und um eine zur Richtung der Spulenachse senkrechte Achse frei schwenkbar ist und eine Schlageinrichtung mit einem impulswei¬ se antreibbaren Stößel, welcher so einstellbar ist, daß er axial auf das Befestigungsende des Kerns auftrifft.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 ein Relais-Magnetsystem mit einem erfindungsgemäß ge¬ stalteten und montierten Spulenkern,

Figur 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens in schematischer Darstellung.

Das in Figur 1 gezeigte Magnetsystem für ein Relais besitzt eine Wicklung 1 auf einem Spulenkörper 2, außerdem ein abge¬ winkeltes Joch 3 mit einem annähernd parallel zur Spulenachse liegenden ersten Jochschenkel 3a und einem senkrecht zur Spu¬ lenachse verlaufenden zweiten Jochschenkel 3b. Durch den zwei¬ ten Jochschenkel 3b und durch die Axialausnehmung des Spulen- körpers 2 ist ein Kern 4 gesteckt, der mit einem Polende 4a einem Anker 5 zugewandt ist und mit einem Befestigungsende 4b in einer Bohrung 3c des Jochschenkels 3b kraftschlüssig gehal-

ten ist. Der Anker 5 ist mit einer nur schematisch gezeigten Blattfeder 6 gehalten, welche zugleich als Kontaktfeder dient. Diese Kontaktfeder arbeitet mit nicht dargestellten Gegenkon- taktelementen zusammen, welche erst nach dem Magnetsystem on- tiert werden.

Der Kern 4 besitzt über den größten Teil seiner Lange ein¬ schließlich des Polendes 4a einen gleichbleibend runden Quer¬ schnitt, der etwas geringer ist als die Bohrung 3c im Joch- Schenkel 3b. Lediglich im Bereich des Befestigungsendes 4b ist ein Kegelabschnitt 4c angeformt, der sich zum Befestigungsende hin mit einer Steigung von ca. 1,5 * konisch erweitert.

Bei der Montage wird der Kern 4 mit seinem Polende 4a voraus in Richtung des Pfeiles 7 zunächst in die Bohrung 3c des Joch¬ schenkels 3b und dann durch die Innenbohrung des Spulenkörpers 2 eingesteckt, wobei zunächst wenig Kraft erforderlich ist. Erst wenn der Kegelabschnitt 4c mit dem Jochschenkel 3b in Be¬ rührung kommt, sind etwas höhere Fügekräfte erforderlich. Die- se Fügekräfte werden impulsartig mit einem Stößel 8 (siehe Fi¬ gur 2) auf das Befestigungsende 4b aufgebracht. Der Stößel kann dabei in einer kalottenförmigen Vertiefung 4d des Kerns auftreffen, welche zugleich eine Markierung für das Befesti¬ gungsende des Kerns darstellt; die konische Erweiterung an diesem Ende ist so gering, daß sie mit bloßem Auge nicht ohne weiteres erkennbar ist. In der Nähe des Polendes 4a besitzt der Kern außerdem nasenartige oder rippenförmige Vorsprünge 9, die eine Sicherung zwischen Kern und Spulenkörper gegen Axial¬ verschiebung bewirken.

Figur 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Fü en von Kern und Joch für ein Magnetsystem nach Figur 1. Dabei wird das Ma¬ gnetsystem von Figur 1 mit bereits vormontiertem Anker 5 in einer zangenförmigen Haltevorrichtung 10 zwischen zwei Backen 11 und 12 so aufgenommen, daß die Spulenachse waagerecht liegt, wenn die Haltevorrichtung 10 über eine Lagerung 12 um eine zur Achsrichtung der Spule senkrechte Drehachse 13

schwenkbar gelagert ist. Ein mit einer nicht dargestellten An¬ triebsvorrichtung in Richtung des Pfeiles 7 impulsweise betä¬ tigbarer Stößel 8 bringt bei jeder Erregung der Antriebsvor¬ richtung einen Kraftimpuls auf das Befestigungsehde 4b des Kerns 4, wobei das Magnetsystem mit der Haltevorrichtung 10 in Richtung des Pfeiles 14 ausweichen kann. Wenn das System zu¬ rückgeschwungen ist und an dem Ruheanschlag 15 anliegt, kann der nächste Kraftimpuls aufgebracht werden.

Zur Dämpfung der Schwingungen des Magnetsystems mit der Halte¬ vorrichtung 10 kann ein Dämpfungselement 16 vorgesehen werden, welches die Auslenkung des Systems begrenzt und die Schwingung dämpft. Die eigentliche Gegenkraft wird jedoch von der Massen¬ trägheit des Joches und der Spule erzeugt. Bei entsprechender Auslegung der Dämpfungsvorrichtung müssen die Spulenachse und die Drehachse nicht unbedingt waagerecht liegen, sondern kön¬ nen beliebige andere Lagen im Raum einnehmen.

Nach jeweils einem oder mehreren Kraftimpulsen kann die Lage des Polendes 4a des Kerns bzw. des auf dem Polende aufliegen¬ den Ankers 5 mit einem Meßtaster 17 gemessen werden. Je nach dem Meßergebnis kann der Kern mit weiteren Kraftimpulsen glei¬ cher oder veränderter Intensität weiter in das Joch einge¬ schlagen werden.