DE1904880B2

DE1904880B2 - Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE1904880B2
Application number: DE1904880A
Authority: DE
Inventors: Paul San Diego Calif. Wildi (V.St.A.)
Original assignee: Gulf Oil Corp
Current assignee: Gulf Oil Corp
Priority date: 1968-02-05
Filing date: 1969-01-31
Publication date: 1974-07-25
Also published as: FR2001315A1; DE1904880C3; DE1904880A1; US3453463A; CH493078A; GB1219883A

Description

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der beschriebenen An aufgebaut

(z.B.

Wenn man «ten Rückstoß dadurch auffängt, daß man 2fspuTe beweglich ausbildet und eine derartige Bewc- «,ng dämpft, klnnen die elektrischen Zufuhrungen und KühiungTanschlüsse für die Spule euter Übermaßen

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AeSSesauch bekann, die Bewegung des „ BetätigunSelements durch Dämpfungseinnchtungen. S Federn oder hydraulische^Stoßdämpfer^ fangen oder zu dämpfen (DT-AS 1260 026, Dl-IS «," 833· DT-PS 636 517). Die bekannten Dämpfung^ einrichtungen können jedoch nicht verhindern, daß töSem ein beachtlicher Teil der Bewegungsenergie auf das Gehäuse der elektrischen Betät.gungsvornch-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schlagartig linearen Verschiebung eines ringförmigen elektrisch leitenden Teils mittels eines eine in Achsrichtung des ringförmigen Teils verlaufende Komponente aufweisenden, schlagartig ansteigenden Magnetfeldes.

Unter dem Ausdruck elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, wie er im folgenden für die oben erläuterte Vorrichtung verwandt wird, soll eine Vorrichtung verstanden werden, die ein bewegliches Betätigungselement aufweist, das entsprechend der Erzeugung eines sehr starken elektromagnetischen Feldes oder elektromagnetischer Felder linear verschoben wird. Das Betätigungselement kann mit einem beliebigen, geeigneten Mechanismus, wie etwa einem Schalter oder Schaltkreisunterbrecher, einem Ventil, einer Nietmaschine oder einem Hammer gekoppelt sein, um diese Einrichtung zu betätigen.

Bekannte elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen (Elektrotechnik und Maschinenbau 1964, S. bis 432; DT-PS 973 306; DT-PS 230 540) enthalten eine »Werkstatt und Betrieb« 1963,

ScniieDIlCn ISl es aw »weiKSWn uiiv.

S 893 bis 899, bekannt, zur Entlastung der Spule von magnetischen Kräften ihres eigenen Magnetfeldes im Inneren der Spule einen Feldformer vorzusehen, de. aus eTnem radial einmal geschlitzten massiven metalhschen Hohlzylinder besteht. Im Feldformer wird ein Strom induziert der - in Umfangrichtung - auf der äußeren Oberfläche des Hohlzylinders dem induzieren. Sen Strom entgegenfließt, durch den radialen Schl.tz S und auf der inneren Oberfläche in gleicher R.chüng mit dem induzierenden Strom fließt. Dies hat zur Folie daß das magnetische Feld an der Außenseite des Feldformers geschwächt und an der Innenseite des Feldformers verstärkt wird. Die Spule w.rd auf diese Weise von auf sie einwirkenden magnetischen Kräften

^Aufcabe der Erfindung ist es nun, eine elektromagne-6o tische Betätigungsvorrichtung mit einem hinsichtlich der Absorption von Rückstoßkräften verbesserten Aufbau anzugeben.

Ausgehend von der eingangs näher erläuterten Vorrichtung löst die Erfindung diese Aufgabe durch einen 6₅ in Achsrichtung neben dem zu verschiebenden Teil im Bereich des schlagartig ansteigenden Magnetfeldes verschiebbar angeordneten Feldformer, der dem Magnetfeld nächst dem zu verschiebenden Teil radial ver-

laufende Komponenten erteilt. Durch die Wechselwirkung zwischen dem im ringförmigen Teil induzierten Strom und dem Magnetfeld des Feldformers wird auf den Feldformer und den ringförmigen Teil bzw. ein mit dem ringförmigen Teil verbundenes Betätigungselement eine abstoßende Kraft ausgeübt. Das Betätigungselement und der Feldformer bewegen sich damit relativ zu dem ortsfest verbleibenden Gehäuse der Vorrichtung in entgegengesetzter Richtung. Die das schlagartig ansteigende Magnetfeld erzeugende Spule kann damit mit dem Gehäuse fest verbunden sein; elektrische Zuführungen und Kühlungsleitungen der Spule unterliegen somit auch keiner übermäßigen Abnutzung. Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert wer- 15 den. und zwar zeigt

F i g-1 eine Seitenansicht im Schnitt einer besonderen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist; und

F i g· 2 eine Seitenansicht im Schnitt einer anderen 20 Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die eriindungsgemäße elektromagnetische Betätigungsvorrichtung umfaßt eine das Magnetfeld erzeugende Spule 11 und eine Einrichtung zur Halterung dieser Spule, wie z. B. einen Tragkern 12. Die Betätigungs- as vorrichtung umfaßt gleichfalls einen Feldformer 13 und eine Einrichtung 14, die den Feldformer 13 in bezug auf die Spule 11 beweglich hält. Der Feldformer 13 ist ausreichend nahe an der Spule 11 angeordnet, so daß ein Strom im Feldformer 13 induziert wird, wenn die Spule ti erregt wird. Ein Betätigungselement 16 weist einen elektrisch leitenden Teil 17 auf, der ausreichend nahe am Feldformer 13 angeordnet ist, so daß er vom Feldformer 13 abgestoßen wird, wenn die Spule 11 erregt wird. Eine Dämpfungsvorrichtung 18 dient zur Dämp- 35 hierfür fung der Bewegung des Feldformers 13.

In F i g. 1 ist eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung dargestellt, die einen elektromagnetischen Hammer bildet, der dazu verwandt werden kann, Nägel einzuschlagen. Der Hammer weist, ein äußeres Gehäuse auf, das aus einem allgemein zylindrischen Hauptteil 21, das an einem Ende verschlossen ist, und aus einem aligemein kegelstumpfförmigen vorderen Abdeckteil 22 besteht, das an seiner Grundfläche mit dem anderen Ende des Hauptteiles 21 durch einander entsprechende Flansche 23 verschraubt ist. An dem anderen Ende des Hauptteiles 21 befindet sich ein Handgriff 24, der aus einem Stück mit dem Hauptteil 21 des Gehäuses gegossen ist. Der Hauptteil 21 des Gehäuses weist einen Ansatz 26 auf, an dem ein geeigneter Handgriff 27 befe- 5c stift ist. In dem geschlossenen Ende des Hauptteiles 21 des Gehäuses ist in axialer Richtung des Cehäuses eine Öffnung 28 ausgebildet, die einem weiter unten beschriebenen Zweck dient In ähnlicher Weise ist eine axiale Öffnung 29 in der Mitte des vorderen Abdeckteiles 22 des Gehäuses ausgebildet, die einem weiter unten erläuterten Zweck dient.

Die Spule 11 ist in dem Hauptteil 21 angeordnet und besteht aus mehreren Windungen, die auf dem Tragkern 12 aus elektrisch leitendem Material gewickelt sind in dessen äußerer Fläche eine schraubenförmige Nute 31 ausgebildet ist, in der die Spulenwicklungen angeordnet werden. Der Tragkern 12 weist einen Spa t oder Schlitz (nicht dargestellt) auf, so daß er nicht als eine kurzgeschlossene Wicklung arbeitet. Der Tragkern 12 der Spule 11 ist in eine ringförmige Auskleidung 32 aus einem geeigneten isolierenden Material wie etwa Epoxydharz, eingebettet. Die Auskleidung ist an der Innenfläche des Gehäuses (21-22) befestigt, so daß sie hierdurch gehalten wird Dementsprechend wird die Spule 11 in einer festen Stellung in bezug auf das Gehäuse gehalten. Die elektrischen Anschlüsse der

Spule 11 (nicht dargestellt) sind mit einem Ende eines Kabels 33 verbunden, das durch einen geeigneten, men dargestellten Durchgang in dem Handgriff 27 gefuhrt ist Um die Spule 11 zu kühlen, können gleichfalls in dem Kabel 33 biegsame Leitungen vorgesehen sein, um

to ein Kühlmittel durch die Auskleidung; 32 zu leiten. Ein Betätigungsgriff 35 ist in dem Handgriff»vorgesehen mit dessen Hilfe der elektromagnetische Hammer wie weiter unten beschrieben in Betneb gesetzt werden

wie aus F i g. 1 zu ersehen ist ist der Feldformer 13 in dem Raum angeordnet, der durch den Tagkern 12 gebildet wird. Der Feldformer 13 besteht aus einem hohlen Zylinder aus elektrisch leitendem Material, er gegen sein vorderes Ende hin einen Teil 34 mit erhöhter Dicke aufweist. Der Feldformer 13 besitzt einen Spalt oder Schlitz 36, der offen oder mit einem geeigneten Isoliermaterial ausgefüllt sein kann, so daß er nicht eine kurzgeschlossene Wicklung bildet. Das hintere Ende des Feldformers 13 ist in einer ringförmigen Aussparung 37 angeordnet, die auf dem Umfang einer aus isolierendem Material bestehenden Scheibe 38 ausgebildet ist, die durch die Dämpfungsvorrichtung 18 gehalten wird, was weiter unten beschrieben werden soll. Das Betätigungselement 16 ist an dem vorderen Ende des Feldformers 13 koaxial hiermit angeordnet und weist eine annähernd kegelstumpfförmige Vorderfläche auf. Seine hintere Fläche weist eine axiale Aussparung 41 auf, damit seine Masse im wesentlichen kleiner als die Masse des Feldformers 13 ist. Der Grund unten angegeben. Der elektrisch leis Betätigungselements 16 besteht aus einem allgemein ringförmigen Streifen, der die Aussparung 41 umgibt und in einer Ebene senkrecht zu der Achse des Betätigungselementes 16 liegt. Auf der dem leitenden Teil 17 zugewandten Seite des Feldformers 13 ist eine Schicht 42 aus isolierendem Material angebracht. Ein zylindrischer Hammerteil 43 liegt in der Achse des Betätigungselementes 16 und steht durch die Öffnung 29 in dem vorderen Abdeckteil 22 vor. Die des Hammerteiles 43 ist mit einer Aussparung die einen Nagelkopf aufnehmen kann, wird die Ausrichtung der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung mit dem Nagel erleichtert, wodurch der Nagel leichter eingeschlagen werden

Eine Schraubenfeder 46 erstreckt sich von dem hinteren Ende des Gehäuses (21-22) bis zu der Scheibe und wird zusammengedrückt gehalten, so daß die Scheibe 38 gegen das hintere Ende des Feldformers (in F i g. 1 nach links hin) vorgespannt ist.

Eine zweite Schraubenfeder 47 erstreckt sich von einer ringförmigen Aussparung 48 in dem vorderen Abdeckteil 22 des Gehäuses aus und liegt gegen die Vorderfläche des Betätigungselementes 16 an. Die Schraubenfeder 47 wird zusammengedrückt gehalten, um das Betätigungselement 16 gegen den erweiterten Teil 34 des Feldformers 13 vorzuspannen. Eine elektrische Isolation wird durch die Isolationsschicht 42 erreicht. Die Vorspannung der Schraubenfeder 46 ist 65 stärker als die Vorspannung der Schraubenfedet 47. so daß die normale Stellung der Elemente der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung der in F i g. 1 gezeigten Stellung entspricht, wenn die Spule 11 nicht er-

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regt ist.

Um die Bewegung des Feldformers 13 zu dämpfen, wenn die Vorrichtung betätigt wird, ist die Dämpfungseinrichtung 18 vorgesehen. Die Dämpfungseinrichtung 18 enthält die Schraubenfeder 46 und weiterhin einen Stoßdämpfer, der einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Zylinder 51, einen Kolben 52 und eine Kolbenstange 53 aufweist, die den Kolben 52 mit der Scheibe 38 koppelt. Der Zylinder 51 wird in der öffnung 28 des Hauptteiles 21 des Gehäuses gehalten.

Wenn die in F i g. 1 gezeigte elektromagnetische Betätigungsvorrichtung betätigt werden soll, wird ein Stromimpuls auf die Spule 11 gegeben. Dieser Stromimpuls kann von irgendeiner geeigneten Quelle herrühren. Zum Beispiel kann ein zufriedenstellend arbeitender Impulsschaltkreis, der nicht gezeigt ist, einen Kondensatorblock enthalten, der mit Hilfe einer geeigneten Hochspannungsgleichrichterschaltung aufgeladen und durch einen Schalter, wie etwa eine Batterie aus Ignitrons, plötzlich entladen wird. ao

Wenn die Spule 11 dadurch erregt wird, daß ihr ein hoher Stromimpuls zugeleitet wird, wird ein sehr starkes sich änderndes Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld wird durch den Feldformer 13 auf Grund des Stromes geformt, der im Feldformer 13 durch das Feld as induziert wird, das durch die Spule 11 erzeugt wird. Das sich einstellenae Magnetfeld weist Kraftlinien auf, die durch den hohlen Mittelteil des Feldformers 13 verlaufen und sowohl den Feldformer 13 als auch die Spule 11 umgeben, was durch die gestrichelte Linie 56 in der Zeichnung angedeutet ist. Das durch den Feldformer 13 erzeugte Feld induziert in dem leitenden Teil 17 des Belätigungselementes 16, der unmittelbar in der Nähe des Feldformers 13 liegt, einen Strom. Durch die Wechselwirkung zwischen dem induzierten Strom und dem Magnetfeld wird auf den Feldformer 13 und das Betätigungselement 16 eine abstoßende Kraft ausgeübt, die sich mit der Stärke des Magnetfeldes ändert. Das Betätigungselement 16 und der Feldformer 13 stoßen sich deshalb stark gegenseitig ab, so daß sich das Betätigungselement 16 in F i g. 1 nach links und der Feldformer 13 in F i g. 1 nach rechts bewegt. Durch die obengenannte Wirkung wird der Hammerteil 43 der Vorrichtung gegen den Nagel getrieben, der in der Aussparung 44 angeordnet ist, so daß er Nagel vorwärtsgetrieben wird.

Da die Masse des Betätigungselementes 16 wesentlich kleiner als die Masse des Feldformers 13 ist, ist die dem Betätigungselement 16 erteilte kinetische Energie größer (die den beiden Körpern erteilte kinetische Energie ist umgekehrt proportional zu ihren jeweiligen Massen). Hierdurch erhöht sich die Wirksamkeit der Vorrichtung, und es wird eine Verringerung des Rückstoßes erreicht, der durch den übrigen Teil der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung aufgenommen werden muß.

Durch die kinetische Energie, die dem Feldformer 13 durch den Stromimpuls in der Spule 11 erteilt wird, wird der Feldformer 13 in F i g. 1 nach rechts bewegt. Diese Energie wird durch die Dämpfungseinrichtung 18 absorbiert, die aus der Schraubenfeder 46 und dem Stoßdämpfer (51-52) besteht. Die Energie, die auf das Gehäuse (21-22) übertragen wird, und folglich die Energie, die die Bedienungsperson, die die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung hält, aufnehmen und aushalten muß, ist minimal. Wenn die Energie absorbiert worden ist, wird die Vorrichtung durch die Vorspannung der Schraubenfeder 46 gegen die Vorspannung der Schraubenfeder 47 und den Widerstand an dem Kolben 52 des Stoßdämpfers in die dargestellte Stellung zurückgebracht. Da auf die Spule 11 keine axiale Kraft ausgeübt wird, wirkt keine Kraft direkt auf das Gehäuse (21-22), weshalb es für die Bedienungsperson leicht ist, die Vorrichtung zu halten.

In F i g. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt. Die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung besteht gleichfalls aus einem elektromagnetischen Hammer, und solche Elemente, die in ihrer Funktion im wesentlichen identisch mit den Elementen der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform sind, wurden mit denselben Bezugszeichen mit einer vorangestellten 1 bezeichnet.

In der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform ist eine feststehende Spule 111, obgleich sie koaxial zu einem beweglichen Feldformer 113 angeordnet ist, im Feldformer 113 angeordnet. Eine Auskleidung 132 aus Isolationsmaterial weist eine andere Ausgestaltung als bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform auf. Sie besteht allgemein aus einem zylindrischen Träger, der in axialer Richtung in ein Gehäuse (121-122) vorsteht. Der Feldformer 113 kann bei einer Betätigung der Vorrichtung, um das Betätigungselement 116 vorwärtszutreiben, in axialer Richtung vor- und zurückgleiten. Die auf den Feldformer 113 ausgeübten Rückstoßkräfte werden durch eine Absorptionseinrichtung 118 aufgenommen, die in der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform lediglich aus einer Schraubenfeder 146 besteht. Gegebenenfalls kann jedoch eine geeignete. Energie absorbierende Einrichtung, wie etwa ein Stoßdämpfer, in die Vorrichtung eingebaut werden.

Obgleich die Erfindung bisher nur an Hand von elektromagnetischen Hämmern beschrieben wurde, ist diese jedoch nicht auf derartige Hämmer noch auf handgehaltene Werkzeuge beschränkt. So kann die Erfindung z. B. bei feststehenden Einrichtungen verwandt werden, bei denen der Rückstoß einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung möglichst klein gemacht werden soll. Wie bereits oben erwähnt wurde, können derartige Anwendungen in der Betätigung von Ventilen, Schaltern usw. bestehen.

Durch die Erfindung wird deshalb eine verbesserte, elektromagnetische Betätigungsvorrichtung angegeben, bei der der Rückstoß möglichst gering gehalten wird. Da die Spulen 11 bzw. 111 in bezug auf das Gehäuse feststehen, wird eine übermäßige Abnutzung und ein Zerreißen der elektrischen Zuführungen oder Kühlleitungen ausgeschaltet. Darüber hinaus wird durch der Aufbau der Spule in der dargestellten Ausbildung allge mein die Herstellung erleichtert und die zu erwartende Lebensdauer erhöht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

sehr hoher Stromimpuls geleitet Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur schlagartig linearen Verschiebung eines ringförmigen elektrisch leitenden Teils mittels eines eine in Achsrichtung des ringförmigen Teils verlaufende Komponente aufweisenden, schlagartig ansteigenden Magnetfeldes, gekennzeichnet durch einen in Achsrichtung neben dem zu verschiebenden Teil (17,117) im Bereich des schlagartig ansteigenden Magnetfeldes verschiebbar angeordneten Feldformer (13, 113), der dem Magnetfeld nächst dem zu verschiebenden Teil (17, 117) radial verlaufende Komponenten erteilt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu verschiebende Teil (17, 117) durch einen an der dem Feldformer (13,113) zugewandten Seite eines Betätigungselementes (16,116) befestigten elektrisch leitenden Ring oder durch eine entsprechend befestigte Spule gebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldformer (13) in einer das schlagartig ansteigende Magnetfeld erzeugenden Spule (11) angeordnet ist und daß das Betätigungselement (16) axial zum Feldformer (13) ausgerichtet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine das schlagartig ansteigende Magnetfeld erzeugende Spule (111) im Feldformer (113) angeordnet ist und daß das Betätigungselement (116) axial zum Feldformer (113) ausgerichtet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Betätigungselementes (16, 116) kleiner als die Masse des Feldformers (13,113) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldformer (13, 113) und das Betätigungselement (16, 116) federnd gegeneinander vorgespannt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegungsdämpfung des Feldformers (13) ein Stoßdämpfer (28, 52, 53) vorgesehen ist.

erzeugt