EP2916331A1 - Elektromagnetische Einheit und Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Einheit - Google Patents

Elektromagnetische Einheit und Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Einheit Download PDF

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EP2916331A1
EP2916331A1 EP14157607.4A EP14157607A EP2916331A1 EP 2916331 A1 EP2916331 A1 EP 2916331A1 EP 14157607 A EP14157607 A EP 14157607A EP 2916331 A1 EP2916331 A1 EP 2916331A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
yoke
armature
leg
electromagnetic unit
recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14157607.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfram Heisen
Mathias Jotter
Borgar Pfeiffer
Manfred Rufer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kendrion Kuhnke Automation GmbH
Original Assignee
Kendrion Kuhnke Automation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kendrion Kuhnke Automation GmbH filed Critical Kendrion Kuhnke Automation GmbH
Priority to EP14157607.4A priority Critical patent/EP2916331A1/de
Publication of EP2916331A1 publication Critical patent/EP2916331A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/14—Pivoting armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/02—Cores, Yokes, or armatures made from sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
    • H01F7/122—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic unit comprising an armature and a, in particular U-shaped yoke having a first and a second yoke leg and a yoke bridge, wherein each of the two yoke legs in a longitudinal direction opposite ends, wherein the yoke legs at one of its ends are interconnected by the yoke bridge and the Joch Georgia opposite free ends of the yoke legs form the pole ends of the yoke, which cooperate with the pivotable armature, and wherein magnetic field generating switchable means are provided, which are adapted to a, in particular closed, magnetic flux in the To produce yoke and the armature, so that in dependence on the switching position of the magnetic field generating means, the armature is displaceable or displaced in a tightened or a released switching position.
  • the invention relates to a method for producing an electromagnetic unit with a laminated yoke, wherein in the second pole end of a second yoke leg a recess is recessed, which at least partially receives an end portion of the armature in the tightened position of the armature.
  • Electromagnetic units are used in various designs as drives or actuators, for example as lifting, pulling or switching solenoids, in electromagnetic valves, valve systems or in electromechanical units, e.g. in relays.
  • To generate a magnetic flux in an armature and a yoke closing the magnetic circuit switchable magnetic field generating means for example, one or more magnetic coil windings are provided. The magnetic flux causes movement of the armature relative to the yoke, so that the electromagnetic unit is actuated depending on the switching position of the magnetic field generating means.
  • Electromagnetic devices are often categorized by the motion of their armature and / or yoke shape.
  • the armature In a lifting armature system, the armature typically moves toward both pole ends of the yoke during the shifting operation. From this principle, it is necessary to distinguish those electromagnetic units whose armature performs a pivotal movement, which is also referred to as hinged armature systems.
  • the anchor is often stored in such units at one of the yoke legs of the yoke. In other words, the armature moves during the closing movement to only one of the two pole ends of the yoke.
  • Folding anchor systems such as those used for relays, have a manufacturer-specified torque curve. With large angles of rotation of the armature such units often provide only low torques, so that high tightening currents are necessary. An adaptation of the torque curve to the respective requirements regularly requires an individual redesign of the electromagnetic unit, which is correspondingly expensive to implement.
  • an electromagnetic unit comprising a pivotable armature and a, in particular U-shaped, yoke having a first and a second yoke leg and a yoke bridge, wherein each of the two yoke legs in a longitudinal direction opposite ends, wherein the yoke leg to one end of which is interconnected by the yoke bridge and the yoke legs opposite the yoke bridge form the pole ends of the yoke which cooperate with the pivotable armature, and wherein magnetic field generating switchable means are provided which are adapted to provide one, in particular closed, magnetic To generate flux in the yoke and the armature, so that in dependence on the switching position of the magnetic field generating means, the armature is displaceable or displaced into a switched or a released switching position, wherein the electromagnetic unit is formed thereby in that the armature is mounted on an armature shaft defining a pivot axis of the armature, wherein the armature shaft is arranged
  • the electromagnetic unit is a hinged armature system.
  • it comprises a one-piece, two-legged yoke and an armature which moves in a pivoting plane which has an angle of at least approximately 90 ° to a longitudinal direction of extension of the yoke legs.
  • the armature moves in its closing and opening movement to a flat side of the yoke to and from this away.
  • the direction of movement of the armature is rotated by 90 °.
  • the electromagnetic unit according to the invention is particularly compact and flat.
  • the electromagnetic unit is formed by the fact that the first and the second yoke limb have different lengths in their longitudinal direction, wherein, in particular a first length of the first yoke limb is less than a second length of the second yoke limb, and wherein, in particular the first length of the first Jochschenkels at least approximately by a width of the armature, measured in the longitudinal direction of extension of the yoke legs, is less than the second length of the second yoke leg.
  • the length of the first or second yoke leg is measured between the ends of the yoke leg.
  • the length between an end face at a free end, which is located at the pole end of the yoke, and an opposite end face of the end is measured, which is connected via the yoke bridge with the other yoke leg.
  • the adaptation of the lengths of the yoke legs is in accordance with a measured also in the longitudinal direction of the yoke leg width of the armature.
  • the armature is thus arranged so that it cooperates with an end face of a yoke leg of the yoke.
  • This allows a particularly compact design of the electromagnetic unit with low design effort.
  • the difference in length between the yoke legs does not exactly match the width of the anchor.
  • a gap is added, so that, for example, a sliding plate or an air gap of corresponding thickness between the end face of the yoke and the armature is provided.
  • the electromagnetic unit is developed in that the armature is pivotable in a pivot plane which is at least approximately parallel to a first end side of the first yoke leg, wherein the first pole end of the first yoke leg comprises the first end side, wherein, in particular the armature shaft, in particular centered, is embedded in the first end face of the first yoke leg.
  • the centered arrangement of the armature shaft on the end face of the first yoke leg improves the compact design of the electromagnetic unit.
  • the armature shaft is inserted off-center in the first end face of the yoke leg.
  • the electromagnetic unit is formed by the fact that the yoke is laminated, wherein a stacking direction of the yoke forming, in particular U-shaped, yoke plates transversely to the Pivot axis of the armature is oriented, wherein, in particular, the stacking direction of the yoke plates is oriented at least approximately perpendicular to a defined by the longitudinal extension directions of the first and second yoke leg yoke.
  • the yoke plates are preferably electrical sheets or transformer sheets.
  • the sheets are stacked suitably stacked and then connected together, in particular welded together.
  • the shape of the yoke in the yoke plane in particular the shape of the pole ends and the yoke width, are determined by the shape of the yoke plates.
  • a width of the yoke which is measured perpendicular to the yoke plane, results from the height of the stack bundle and thus from the number of yoke plates used to make the yoke.
  • the yoke plates are in particular punched components. The shape of the yoke is thus determined by the punching form.
  • the electromagnetic unit is easy and flexible to produce.
  • equally thick or differently thick yoke plates are used to make the yoke. This increases the possibilities of variation in the production of the electromagnetic unit.
  • a recess is recessed in the second pole end of the second yoke leg, which at least partially accommodates an end portion of the armature in the tightened position of the armature, wherein the end portion of the armature comprises a free end of the armature opposite the armature shaft ,
  • the torque generated in a switching operation of the electromagnetic unit over the rotation angle of the armature is characterized by the Contour of Ankerallepols, so determines the pole end of the second yoke leg.
  • the shape of the recess determines the shape of the armature counter-pole, so that by changing the recess and the generated torque curve is variable.
  • the size and shape of the recess are adjustable by the number and die-cut shape of the yoke plates used to make it.
  • differently shaped yoke laminations can be provided which are flexibly selected and assembled to produce the desired yoke. Post-processing of the yoke, in particular of the pole end, using metal-cutting methods, is advantageously dispensed with.
  • this is characterized by the fact that the recess is embedded in a second end face and in a flat side of the second yoke leg, so that the flat side of the second yoke leg, which, in particular parallel to one by the longitudinal extension directions of the first and second yoke leg defined yoke level is, in particular on the full depth of the second yoke leg, stepped back.
  • a depth of the yoke leg is measured in or parallel to the yoke plane and also transversely, in particular perpendicular, to a longitudinal extension direction of the first and second yoke leg.
  • the contour of the counter-pole of the armature in other words, therefore, the contour and / or the size of the recess is adjustable by the number and type of yoke plates used and the stack heights of the yoke plates.
  • the final shape of the pole ends is determined only during the production of the yoke.
  • a variety of different yoke shapes can be made by altering the stack heights and / or stacking order from an identical population of yoke laminations.
  • the electromagnetic unit is formed further in that the recess is designed such that the flat side of the second yoke leg is recessed in several stages, the steps being different in height, in particular perpendicular to the yoke plane of different width and / or in the longitudinal extension direction of the second yoke leg are, in particular further the height and / or the width of a, in particular adjacent to the second pole end of the second yoke leg, step is dimensioned such that the end portion of the armature in a starting from this step perpendicular to the yoke extending partial volume of the recess in the attracted state is recorded, in particular is taken so completely that a first flat side of the armature is aligned with the flat side of the second yoke leg.
  • the torque acting on the armature is adjustable based on the height and / or width of the steps of the recess.
  • an overlapping area between the armature and the step viewed in the released state of the armature, affects the magnetic flux flowing between the armature and the armature opposite pole, and thus the tightening torque acting on the armature.
  • the electromagnetic unit is preferably developed by that the yoke is laminated, wherein a stacking direction of the yoke forming, in particular U-shaped, yoke plates is oriented transversely to the pivot axis of the armature, and wherein the stacking direction of the yoke plates is oriented in particular at least approximately perpendicular to the yoke plane, wherein the yoke at least two Groups of different sizes, in particular U-shaped, yoke plates, wherein, in particular a second leg of the yoke plates of the first group and a second leg of the yoke plates of the second group, which form at least a portion of the second yoke leg of the yoke, in the longitudinal direction of the second yoke leg of the Jochs are of different lengths, and wherein, in particular a length difference between the legs of the yoke plates of the first and second group at least approximately corresponds to the height of the step and / or a dimension of the
  • the contour of the recess in particular the height and the width of the at least two steps, can be adjusted by the stack heights of the yoke plates of the individual groups. Depending on how many yoke plates form the first or the second group, there is a width of the produced stage.
  • a determination of the step height and step width advantageously takes place only during the production of the electromagnetic unit, so that different torque characteristics can be realized in a flexible manner.
  • a complex new design is eliminated, even if a novel torque curve is required.
  • further groups of yoke plates are provided, which serve to realize further stages in the recess of the second yoke leg.
  • the second legs of this third, fourth, fifth, etc. group of yoke plates are different in length compared to the legs of the yoke plates of the other groups.
  • This group-wise difference in length between the legs of the yoke plates defines a height of the further stage or stages.
  • a width of the step is determined by the number of yoke plates used per group.
  • the armature extending sliding plate in addition at least approximately parallel to the pivot plane of the armature extending sliding plate is provided which, in particular at least partially along a first end face of the first yoke leg, between the first end face and the anchor, further in particular starting from extends beyond the first end face of the first yoke leg to the second yoke leg, and further in particular along a wall portion of the recess provided in the second yoke leg.
  • the sliding plate is preferably made of Teflon. It serves to guide the armature during the pivoting movement and prevents the armature, due to the electromagnetic forces acting on it, from being tilted relative to the armature shaft or from tilting with respect to the pivot axis.
  • the sliding plate ensures that the movement of the armature with low friction occurs. Corresponding is a small effort to generate the magnetic flux and a correspondingly low starting current necessary.
  • the anchor is laminated, wherein a stacking direction of the armature-forming laminations is oriented at least approximately parallel to the pivot axis of the armature.
  • Both the laminations and the yoke plates are in particular punched components.
  • As well as for the yoke plates can be used for the manufacture of the anchor plate electric sheet or transformer plate.
  • the armature of the electromagnetic unit is further developed, in particular, in that an armature recess is embedded in an end portion of the armature opposite the armature shaft, in particular the armature recess facing away from the armature shaft end side of the armature and in an at least approximately parallel to the pivot axis of the armature oriented second flat side the anchor is step-stepped.
  • the anchor recess and the recess of the second yoke leg cooperate.
  • the recess of the yoke leg receives part of the armature and the armature recess receives part of the yoke leg.
  • the electromagnetic unit is therefore particularly flat.
  • a transition side of the armature recess which extends between the second flat side and a bottom of the armature recess oriented at least approximately parallel thereto, is inclined relative to a vertical standing on the second flat side or the bottom.
  • the flat side is in particular inclined with respect to a plane which is oriented perpendicular to a longitudinal extension direction of the armature.
  • the inclination is such that a line of intersection between this plane lying perpendicular to the direction of elongation of the armature and a plane defined by the flat side lies parallel to a compartment side of the armature into which the recess is embedded.
  • At least one magnetic coil winding is provided as the magnetic field generating means for generating the magnetic flux, which serves in particular as an actuating coil of the electromagnetic unit, wherein in particular at least one of the two yoke legs is surrounded by a magnetic coil winding.
  • the electromagnetic unit is further developed in that the armature is spring-loaded in a closing direction, wherein in particular a permanent magnet is provided which serves to generate a permanent magnetic flux in the yoke and the armature, so that in the pulled state, a holding force is exerted on the armature becomes.
  • the armature should be understood as spring-loaded in the closing direction when a relief direction of the spring is directed in the opening direction of the armature.
  • the permanent magnet is provided in particular on the yoke, which further is in particular in contact with both yoke legs.
  • This embodiment of the electromagnetic unit is a bistable system.
  • the magnetic flux caused by the permanent magnet generates a holding force on the armature when it is in the tightened state.
  • the spring ensures that the armature remains in the open state when the magnetic field generating means are switched off.
  • the spring counteracts the typically existing remanence in the system.
  • the permanent magnet and the spring more precisely, the magnetic flux generated by the permanent magnet and the spring force of the spring are coordinated so that there is a bistable system.
  • the method for producing the electromagnetic unit is very flexible, since using identical yoke plates differently shaped yokes can be produced.
  • the same or similar advantages as already mentioned with respect to the electromagnetic unit apply in the same or similar manner to the method of manufacturing this unit, and for that reason shall not be repeated.
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of an electromagnetic unit 2 comprising a yoke 4 and an armature 6.
  • the yoke 4 comprises a first yoke leg 44 and a second yoke leg 45 (see. Fig. 2 ).
  • the yoke legs 44, 45 extend in a longitudinal direction R. They have in the longitudinal direction R to each other opposite ends. At each one of its ends, the yoke legs 44, 45 are connected to each other via a yoke 8.
  • the yoke bridge 8 facing away from the free ends of the yoke legs 44, 45 form a first pole end 51 on the first yoke leg 44 and a second pole end 52 on the second yoke leg 45. For example, the first pole end 51 of the magnetic north pole and the second pole end 52 of the south magnetic pole of the yoke 4.
  • the pole ends 51, 52 of the yoke 4 cooperate with the armature 6.
  • magnetic field generating switchable means which are adapted to generate a, in particular closed, magnetic flux 11 in the yoke 4 and in the armature 6 ( Fig. 1 ).
  • the magnetic field generating means is a magnetic coil winding 10.
  • the electromagnetic unit 2 comprises only one magnetic coil winding 10.
  • a plurality of magnet coil windings 10 are provided, in particular two magnet coil windings 10 which surround the first and second yoke legs 44, 45, respectively. and a different winding sense exhibit.
  • the armature 6 due to the magnetic flux 11, is placed in an attracted or a released switching position.
  • Fig. 1 is playfully the armature 6 shown in the released switching position.
  • a return spring is provided (not shown)
  • the discharge direction is directed in the opening direction OE.
  • the armature 6 is thus spring-loaded in the closing direction S.
  • the armature 6 is pivotally mounted on an armature shaft 12 on the first yoke leg 44.
  • a longitudinal extension direction of the armature shaft 12 defines a pivot axis A of the armature 6 (FIG. Fig. 2 ).
  • the pivot axis A is at least approximately parallel to the longitudinal extension direction R of at least the first yoke leg 44.
  • the first yoke leg 44 and the second yoke leg 45 have an identical longitudinal extension direction R.
  • the two yoke legs 44, 45 run parallel to one another.
  • the longitudinal extension directions R of the two yoke legs 44, 45 define a yoke plane, in or parallel to which in particular a front side 18 of the yoke 4 (FIG. Fig. 1 ) or the flat sides 26 of the yoke legs 44, 45 extend ( Fig. 2 ).
  • the first and the second yoke legs 44, 45 are of different lengths in the longitudinal extension direction R.
  • L1 denotes the first length of the first Jochschenkels 44 and L2, the second length of the second yoke leg 45.
  • the first length L1 of the first yoke leg 44 is less than the second length L2 of the second yoke leg 45.
  • the respective length L1, L2 of the first and second yoke leg 44, 45 in the longitudinal direction R measured between the ends of the respective yoke legs 44, 45.
  • a difference between the second length L2 of the second yoke leg 45 and the first length L1 of the first yoke leg 44 substantially corresponds to a width B (FIG. Fig. 1 ) of the armature 6.
  • the difference between the two lengths L2 and L1 is slightly greater than the width B of the armature 6, so that a gap between a first end face 31 of the first yoke leg 44 and one of these facing bottom of the armature 6 is maintained Nevertheless, an upper side 14 of the armature 6 and a second end face 32 of the second yoke leg 45 (FIG. Fig. 1 ) are aligned with each other. In other words, therefore, the upper side 14 of the armature 6 and the second end face 32 of the second yoke leg 45 are at least approximately in a common plane.
  • the gap between the first end face 31 of the first yoke leg 44 and the underside of the armature 6 opposite the upper side 14 of the armature 6 serves to receive a slide plate 16, which in FIG Fig. 1 is not shown and related to the 6 and 7 will be received.
  • the armature 6 is pivotable in a pivot plane which is at least approximately perpendicular to the pivot axis A.
  • the tipping plane is also in particular parallel to the first end face 31 of the first yoke leg 44.
  • the first end face 31 forms the or at least part of the first pole end 51 of the first yoke leg 44.
  • the armature shaft 12 is in particular centered in the first end face 31 of the first yoke leg 44 inserted. In particular, therefore, the pivot axis A is located in the geometric center of the first end face 31st
  • the yoke 4 and the armature 6 are preferably executed laminated.
  • the yoke 4 is made of a plurality of individual yoke plates. They are stacked during the production of the yoke 4 stacked, in particular aligned, stacked on top of each other, and then connected together. For this purpose, in particular welding methods are used, so that the yoke plates 4 forming yoke plates are welded together in the finished product.
  • the armature 6 is made of a variety of laminations. For the manufacture of the armature 6, these are also stacked, in particular aligned, stacked one above the other, and then connected together. Again, a welding method is preferably used, so that the armature plates 6 forming the armature are welded together.
  • Fig. 3 shows a schematic perspective view of a laminated armature 6, which comprises a plurality of laminations 61, 62, 63, etc. Only for reasons of clarity, only some of the anchor plates 61, 62, 63 are provided with reference numerals. The number of laminations 61, 62, 63 used to make the armature 6 determines the width B of the armature.
  • Fig. 4 shows a simplified cross section through the yoke 4 along the in Fig. 2 level IV-IV.
  • the laminated yoke 4 consists of a plurality of yoke laminations 41 a to 43 d, which are divided into several groups. According to the illustrated embodiment, the yoke 4 is made of three groups of yoke plates 41 a to 43 d.
  • the yoke plates 41a to 41c form the first Group G1.
  • the yoke plates 42a to 42c form the second group G2 and the yoke plates 43a to 43d form the third group G3.
  • a stacking direction SA of the armature 6 and a stacking direction SJ of the yoke 4 are oriented at an angle of 90 ° to one another (cf. Fig. 1 ).
  • the stacking direction SJ of the yoke plates 4 forming yoke plates 41 a to 43 d is oriented transversely to the pivot axis A of the armature 6.
  • the stacking direction SJ is oriented at least approximately perpendicular to a yoke plane defined by the longitudinal extension directions R of the first and second yoke legs 44, 45. This yoke plane extends parallel to the in Fig. 1 shown front 18 of the yoke. 4
  • the stacking direction SA of the armature 6 forming the armature plates 61, 62, 63 is oriented at least approximately parallel to the pivot axis A.
  • the torque curve over the angle of rotation of the armature 6 is essentially dependent on the geometry of the second pole end 52 of the yoke 4 (FIG. Fig. 2 ) as well as the geometry of an end portion 22 of the armature 6. Also, the change in the parameters in the magnetic circuit upon actuation of the armature 6 is not negligible.
  • the second pole end 52 of the second yoke leg 45 comprises a recess 24.
  • the end section 22 of the armature 6 is at least partially received in the recess 24 of the second yoke leg 45 in the tightened position of the armature 6.
  • the end portion 22 of the armature 6 comprises an armature shaft 12 opposite free end of the armature 6.
  • the recess 24 in the second pole end 52 of the second yoke leg 45 is inserted into the second end face 32 and into the flat side 26 of the second yoke leg 45. As a result, the flat side 26 of the second yoke leg 45 is stepped back through the recess 24.
  • the flat side 26 of the second yoke leg 45 is set back to form the recess 24 in several stages.
  • a bottom of the recess 24 thus extends in two spaced-apart planes.
  • a first level is defined by the first stage 30, a second level by the second stage 33.
  • the two stages 30, 33 are in particular of different widths.
  • the first stage 30 measures a first width B1
  • the second stage 33 measures a second width B2.
  • the widths B1, B2 of the steps 30, 32 are measured in a direction perpendicular to the yoke plane.
  • the first and second stages 30, 33 are of different heights.
  • the first height H1 of the first stage 30 differs from the second height H2 of the second stage 32.
  • the heights H1, H2 of the first and second stages 30, 32 are measured parallel to the yoke plane, in particular in the longitudinal extension direction R of the second yoke leg 45.
  • the stages 30, 33 of the height H1, H2 and / or the widths B1, B2 are different.
  • the height H1, H2 and / or the width B1, B2 of the steps 30, 33 are at least approximately the same size.
  • the second height H2 of the second step 33 which adjoins the second end face 32 of the second yoke leg 45, is particularly dimensioned so that it substantially corresponds to the width B of the armature 6.
  • the dimensioning of the second stage 33 takes place in consideration of the fact that between a wall portion 34 of the recess 24, which is formed by the second stage 33, a gap between a bottom of the armature 6 and this wall portion 34 should be present.
  • a separating plate or a separating film with low magnetic conductivity is provided as an alternative to an air gap. The same applies to the bottom 36 of the recess 24.
  • the width B2 of the second stage 33 is in particular dimensioned so that the end portion 22 of the armature 6 is so completely absorbed in a starting from the second stage 33 perpendicular to the yoke extending partial volume of the recess 24, in the attracted state that a flat side 38 of the armature 6 with a flat side 26 of the second yoke leg 45 is aligned (see also Fig. 5 ).
  • the yoke 4 is made of at least two, in the illustrated example, three groups G1, G2, G3 of different sizes, in particular U-shaped, yoke plates 41 a to 43 d. So it's done well. This shows the in Fig. 4 illustrated cross section along in Fig. 2 shown level IV-IV.
  • a section through the second yoke leg 45 is shown, which is formed by the second legs of the yoke plates 41 a to 43 d.
  • the second leg each have a different length.
  • a length difference between the second legs of the individual yoke plates 41a to 43d of the three groups G1, G2, G3 defines the height H1, H2 of the first and second stages 30, 33, respectively.
  • the width B1, B2 of the steps 30, 33 is defined by Number of Jochbleche 41a to 43d set in the respective group G1, G2, G3.
  • the overlapping area 53 is in Fig. 5 which shows a schematic plan view of the electromagnetic unit 2.
  • the size of the overlapping region 53 can be influenced by the width B2 of the second step 33.
  • the armature 6 is in particular designed such that a depth TA of the armature 6 (see. Fig. 5 ) is at least slightly larger than one Width BJ of the yoke 4 (cf. Fig. 2 ). Furthermore, the armature 6 is in particular mounted on the yoke 4 such that its second flat side 56 is aligned with a rear side of the yoke 4, the first flat side 38 projects beyond the front side 18 of the yoke 4 opposite the rear side. In other words, the first flat side 38 of the armature 6 is at least slightly opposite the front side 18 of the yoke 4. As a result of the tapering caused by the anchor recess 50, the projection of the armature 6 on the side facing away from the armature recess 50 causes improved flow guidance in the tapered section.
  • a sliding plate 16 in particular a Teflon plate, provided on the underside of the armature 6. This is in the schematic perspective view of Fig. 6 shown.
  • the slide plate 16 extends in or parallel to a pivot plane of the armature 6. In particular, it is provided that the slide plate 16 extends at least in sections along a pole end 51 of the first yoke leg 44 comprehensive first end face 31 between this end face 31 and the armature 6. Furthermore, it is provided, in particular, that the slide plate 16, starting from the end face 31 of the first yoke leg 44, extends beyond the latter to the second yoke leg 45. This is in the schematic perspective view of Fig. 7 shown. The slide plate 16 further extends in particular along a wall portion 34 (see. Fig. 5 in which this slide plate 16 is not shown) extending in the recess 24 provided in the second yoke leg 45.
  • the armature 6 has an anchor recess 50, which is inserted into the end face 54 facing away from the pivot axis A of the armature 6 at the end portion 22 of the armature 6 in this.
  • An oriented at least approximately parallel to the pivot axis A of the armature 6 flat side 56 is thus stepped back.
  • a transition side 58 (cf. Fig. 5 ) of the anchor recess 50, which extends between the flat side 56 and an at least approximately parallel thereto oriented bottom 46 of the anchor recess 50 is inclined relative to a standing on the flat side 56 and the bottom 46 perpendicular.
  • This inclination is chosen in particular such that between a transition line between the transition side 58 and the flat side 56 and a connecting line between the bottom 46 and the transition side 58 in the longitudinal direction of the armature 6, an offset X between 1 mm and 5 mm, in particular between 2 mm and 3 mm, in particular of 2 mm is present.
  • This offset X defines a distance between the transition side 58 and a side surface 66 of the second pole end 52 of the second yoke leg 45. This distance in turn serves to adjust the torque acting on the armature 6, in particular the tightening torque.
  • the inclination of the transition side 58 is predetermined by the shape of the anchor plates 61, 62, 63. This shape can be adjusted in particular in a stamping process, so that post-processing of the armature 6 with the aid of machining methods can advantageously be dispensed with.
  • the armature 6 in the closing direction S ( Fig. 1 ) spring loaded is the armature 6 in the closing direction S ( Fig. 1 ) spring loaded.
  • a permanent magnet is provided, which serves to generate a permanent magnetic flux in the magnetic circuit 11, so that a holding force is exerted on the armature 6.
  • the opening spring holds the armature 6 in the open state, while the permanent magnetic flux keeps the armature 6 in the closed state.
  • a bistable system can be specified.

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Abstract

Elektromagnetische Einheit (2), umfassend einen Anker (6) und ein, insbesondere U-förmiges, Joch (4) mit einem ersten und einem zweiten Jochschenkel (44, 45) und einer Jochbrücke (8), wobei jeder der beiden Jochschenkel (44, 45) in einer Längserstreckungsrichtung (R) einander gegenüberliegende Enden aufweist, wobei die Jochschenkel (44, 45) an einem ihrer Enden durch die Jochbrücke (8) miteinander verbunden sind und die der Jochbrücke (8) entgegengesetzten freien Enden der Jochschenkel (44, 45) die Polenden (51, 52) des Jochs (4) bilden, die mit dem Anker (6) zusammenwirken, und wobei magnetfelderzeugende schaltbare Mittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, einen, insbesondere geschlossenen, magnetischen Fluss (11) in dem Joch (4) und dem Anker (6) zu erzeugen, so dass in Abhängigkeit von der Schaltstellung der magnetfelderzeugenden Mittel der Anker (6) in eine angezogene oder eine freigegebene Schaltstellung versetzbar ist oder versetzt wird, wobei die elektromagnetische Einheit (2) dadurch fortgebildet ist, dass der Anker (6) auf einer eine Schwenkachse (A) des Ankers (6) festlegenden Ankerwelle (12) schwenkbar gelagert ist, wobei die Ankerwelle (12) an dem ersten Jochschenkel (44) angeordnet, insbesondere an diesem befestigt, ist, und wobei die Schwenkachse (A) zumindest näherungsweise in oder parallel zu der Längserstreckungsrichtung (R) zumindest des ersten Jochschenkels (44) verläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Einheit, umfassend einen Anker und ein, insbesondere U-förmiges, Joch mit einem ersten und einem zweiten Jochschenkel und einer Jochbrücke, wobei jeder der beiden Jochschenkel in einer Längserstreckungsrichtung einander gegenüberliegende Enden aufweist, wobei die Jochschenkel an einem ihrer Enden durch die Jochbrücke miteinander verbunden sind und die der Jochbrücke entgegengesetzten freien Enden der Jochschenkel die Polenden des Jochs bilden, die mit dem schwenkbaren Anker zusammenwirken, und wobei magnetfelderzeugende schaltbare Mittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, einen, insbesondere geschlossenen, magnetischen Fluss in dem Joch und dem Anker zu erzeugen, so dass in Abhängigkeit von der Schaltstellung der magnetfelderzeugenden Mittel der Anker in eine angezogene oder eine freigegebene Schaltstellung versetzbar ist oder versetzt wird.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Einheit mit einem geblechten Joch, wobei in das zweite Polende eines zweiten Jochschenkels eine Ausnehmung eingelassen ist, welche einen Endabschnitt des Ankers in angezogener Stellung des Ankers zumindest teilweise aufnimmt.
  • Elektromagnetische Einheiten werden in verschiedenen Bauformen als Antriebe oder Stellglieder eingesetzt, beispielsweise als Hub-, Zug- oder Schaltmagnete, in elektromagnetischen Ventilen, Ventilsystemen oder in elektromechanischen Einheiten, wie z.B. in Relais. Zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in einem Anker und einem den magnetischen Kreis schließenden Joch sind schaltbare magnetfelderzeugende Mittel, beispielsweise eine oder mehrere Magnetspulenwicklungen vorgesehen. Der magnetische Fluss bewirkt eine Bewegung des Ankers relativ zu dem Joch, so dass die elektromagnetische Einheit abhängig von der Schaltstellung der magnetfelderzeugenden Mittel betätigbar ist.
  • Elektromagnetische Einheiten werden vielfach anhand der Bewegung ihres Ankers und/oder ihrer Jochform kategorisiert. In einem Hubankersystem bewegt sich der Anker beim Schaltvorgang typischerweise auf beide Polenden des Jochs zu. Hiervon sind grundsätzlich solche elektromagnetischen Einheiten zu unterscheiden, deren Anker eine Schwenkbewegung ausführt, die auch als Klappankersysteme bezeichnet werden. Der Anker ist bei solchen Einheiten vielfach an einem der beiden Jochschenkel des Jochs gelagert. Mit anderen Worten bewegt sich der Anker bei der Schließbewegung auf lediglich eines der beiden Polenden des Jochs zu.
  • Klappankersysteme, wie sie beispielsweise für Relais verwendet werden, haben eine herstellerseitig vorgegebene Drehmomentkennlinie. Bei großen Drehwinkeln des Ankers liefern solche Einheiten oft nur geringe Drehmomente, so dass hohe Anzugströme notwendig sind. Eine Anpassung der Drehmomentkennlinie an die jeweiligen Anforderungen erfordert regelmäßig eine individuelle Neukonstruktion der elektromagnetischen Einheit, was entsprechend aufwendig zu realisieren ist.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektromagnetische Einheit sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Einheit anzugeben, welche/welches flexibler, insbesondere im Hinblick auf eine Einstellung einer Drehmomentkennlinie der elektromagnetischen Einheit, ist, wobei der konstruktive Aufwand möglichst gering gehalten werden soll.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektromagnetische Einheit, umfassend einen schwenkbaren Anker und ein, insbesondere U-förmiges, Joch mit einem ersten und einem zweiten Jochschenkel und einer Jochbrücke, wobei jeder der beiden Jochschenkel in einer Längserstreckungsrichtung einander gegenüberliegende Enden aufweist, wobei die Jochschenkel an einem ihrer Enden durch die Jochbrücke miteinander verbunden sind und die der Jochbrücke entgegengesetzten freien Enden der Jochschenkel die Polenden des Jochs bilden, die mit dem schwenkbaren Anker zusammenwirken, und wobei magnetfelderzeugende schaltbare Mittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, einen, insbesondere geschlossenen, magnetischen Fluss in dem Joch und dem Anker zu erzeugen, so dass in Abhängigkeit von der Schaltstellung der magnetfelderzeugenden Mittel der Anker in eine angezogene oder eine freigegebene Schaltstellung versetzbar ist oder versetzt wird, wobei die elektromagnetische Einheit dadurch fortgebildet ist, dass der Anker auf einer eine Schwenkachse des Ankers festlegenden Ankerwelle gelagert ist, wobei die Ankerwelle an dem ersten Jochschenkel angeordnet und, insbesondere an diesem befestigt ist, und wobei die Schwenkachse zumindest näherungsweise in oder parallel zu der Längserstreckungsrichtung zumindest des ersten Jochschenkels verläuft.
  • Die elektromagnetische Einheit ist ein Klappankersystem. Insbesondere umfasst sie ein einteiliges, zweischenkliges Joch und einen Anker, der sich in einer Schwenkebene bewegt, die einen Winkel von zumindest näherungsweise 90° zu einer Längserstreckungsrichtung der Jochschenkel aufweist. Mit anderen Worten bewegt sich der Anker bei seiner Schließ- und Öffnungsbewegung auf eine Flachseite des Jochs zu bzw. von dieser weg. Im Vergleich zu einem typischen Relais ist die Bewegungsrichtung des Ankers um 90° gedreht. Die erfindungsgemäße elektromagnetische Einheit ist besonders kompakt und flach gebaut.
  • Insbesondere ist die elektromagnetische Einheit dadurch fortgebildet, dass der erste und der zweite Jochschenkel in ihrer Längserstreckungsrichtung unterschiedlich lang sind, wobei, insbesondere eine erste Länge des ersten Jochschenkels geringer ist als eine zweite Länge des zweiten Jochschenkels, und wobei, insbesondere die erste Länge des ersten Jochschenkels zumindest näherungsweise um eine Breite des Ankers, gemessen in Längserstreckungsrichtung der Jochschenkel, geringer ist als die zweite Länge des zweiten Jochschenkels.
  • Die Länge des ersten bzw. zweiten Jochschenkels wird zwischen den Enden des Jochschenkels gemessen. Insbesondere wird die Länge zwischen einer Stirnseite an einem freien Ende, welches am Polende des Jochs liegt, und einer gegenüberliegenden Stirnseite des Endes gemessen, welches über die Jochbrücke mit dem anderen Jochschenkel verbunden ist.
  • Die Anpassung der Längen der Jochschenkel steht in Übereinstimmung mit einer ebenfalls in Längserstreckungsrichtung der Jochschenkel gemessenen Breite des Ankers. Der Anker ist also so angeordnet, dass er mit einer Stirnseite eines Jochschenkels des Jochs zusammenwirkt. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Konstruktion der elektromagnetischen Einheit bei gleichzeitig geringem konstruktivem Aufwand. Der Längenunterschied zwischen den Jochschenkeln stimmt insbesondere nicht exakt mit der Breite des Ankers überein. Zur Breite des Ankers wird ein Spaltmaß addiert, so dass beispielsweise eine Gleitplatte oder auch ein Luftspalt entsprechender Stärke zwischen der Stirnseite des Jochs und dem Anker vorgesehen ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die elektromagnetische Einheit dadurch fortgebildet, dass der Anker in einer Schwenkebene schwenkbar ist, die zumindest näherungsweise parallel zu einer ersten Stirnseite des ersten Jochschenkels liegt, wobei das erste Polende des ersten Jochschenkels die erste Stirnseite umfasst, wobei, insbesondere die Ankerwelle, insbesondere zentriert, in die erste Stirnseite des ersten Jochschenkels eingelassen ist.
  • Die zentrierte Anordnung der Ankerwelle auf der Stirnseite des ersten Jochschenkels verbessert den kompakten Aufbau der elektromagnetischen Einheit.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ankerwelle außermittig in die erste Stirnseite des Jochschenkels eingelassen.
  • Ferner ist die elektromagnetische Einheit dadurch fortgebildet, dass das Joch geblecht ist, wobei eine Stapelrichtung der das Joch bildenden, insbesondere U-förmigen, Jochbleche quer zu der Schwenkachse des Ankers orientiert ist, wobei, insbesondere die Stapelrichtung der Jochbleche zumindest näherungsweise senkrecht zu einer durch die Längserstreckungsrichtungen des ersten und zweiten Jochschenkels festgelegten Jochebene orientiert ist.
  • Bei den Jochblechen handelt es sich bevorzugt um Elektrobleche oder Trafobleche. Die Bleche werden passend übereinander gestapelt und anschließend miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt. Die Form des Jochs in der Jochebene, insbesondere die Form der Polenden und die Jochbreite, sind durch die Form der Jochbleche festlegbar. Eine Breite des Jochs, die senkrecht zu der Jochebene gemessen wird, ergibt sich aus der Höhe des Stapelbündels und damit aus der Anzahl der zur Herstellung des Jochs verwendeten Jochbleche. Die Jochbleche sind insbesondere gestanzte Bauteile. Die Form des Jochs ist also durch die Stanzform festlegbar. Da außerdem die Breite des Jochs durch die Anzahl der Jochbleche festgelegt wird, ist die elektromagnetische Einheit einfach und flexibel herstellbar. Insbesondere werden zum Herstellen des Joches gleich dicke oder verschieden dicke Jochbleche verwendet. Dies vergrößert die Variationsmöglichkeiten bei der Herstellung der elektromagnetischen Einheit. Die zuvor genannten Aspekte betreffen vorteilhaft alle Ausführungsformen der Erfindung.
  • Ferner ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass in das zweite Polende des zweiten Jochschenkels eine Ausnehmung eingelassen ist, welche einen Endabschnitt des Ankers in der angezogenen Stellung des Ankers zumindest teilweise aufnimmt, wobei der Endabschnitt des Ankers ein der Ankerwelle gegenüberliegendes freies Ende des Ankers umfasst.
  • Das bei einem Schaltvorgang der elektromagnetischen Einheit erzeugte Drehmoment über dem Drehwinkel des Ankers, ist durch die Kontur des Ankergegenpols, also des Polendes des zweiten Jochschenkels bestimmt. Insbesondere bestimmt die Form der Ausnehmung die Form des Ankergegenpols, so dass durch eine Veränderung der Ausnehmung auch der erzeugte Drehmomentverlauf veränderbar ist. Bei einem geblechten Joch sind die Größe und die Form der Ausnehmung durch die Anzahl und die gestanzte Form der zur Herstellung verwendeten Jochbleche einstellbar. Insbeson-dere können verschieden geformte Jochbleche vorgehalten werden, die flexibel zur Herstellung des gewünschten Jochs ausgewählt und zusammengefügt werden. Auf eine Nachbearbeitung des Jochs, insbesondere des Polendes, unter Einsatz spanabhebender Verfahren, wird vorteilhaft verzichtet.
  • Außerdem ist es möglich, durch eine Umkehr der Stapelreihenfolge, wahlweise eine elektromagnetische Einheit mit einem linksdrehenden oder mit einem rechtsdrehenden Anker herzustellen. Für beide Typen werden jeweils identische Jochbleche verwendet.
  • Gemäß einer Weiterbildung der elektromagnetischen Einheit zeichnet sich diese dadurch aus, dass die Ausnehmung in eine zweite Stirnseite und in eine Flachseite des zweiten Jochschenkels eingelassen ist, so dass die Flachseite des zweiten Jochschenkels, welche, insbesondere parallel, zu einer durch die Längserstreckungsrichtungen des ersten und zweiten Jochschenkels definierten Jochebene liegt, insbesondere auf der vollständigen Tiefe des zweiten Jochschenkels, stufenförmig zurückversetzt ist.
  • Eine Tiefe des Jochschenkels wird in oder parallel zu der Jochebene und außerdem quer, insbesondere senkrecht, zu einer Längserstreckungsrichtung des ersten bzw. zweiten Jochschenkels gemessen.
  • Die Kontur des Gegenpols des Ankers, mit anderen Worten also die Kontur und/oder die Größe der Ausnehmung, ist durch die Anzahl und den Typ der verwendeten Jochbleche und die Stapelhöhen der Jochbleche einstellbar. Vorteilhaft wird die endgültige Form der Polenden erst während der Herstellung des Jochs festgelegt. Eine Vielzahl verschiedener Jochformen kann durch Veränderung der Stapelhöhen und/oder Stapelreihenfolge aus einer identischen Grundgesamtheit von Jochblechen hergestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die elektromagnetische Einheit dadurch fortgebildet, dass die Ausnehmung derart ausgebildet ist, dass die Flachseite des zweiten Jochschenkels in mehreren Stufen zurückversetzt ist, wobei die Stufen insbesondere senkrecht zu der Jochebene unterschiedlich breit und/oder in Längserstreckungsrichtung des zweiten Jochschenkels unterschiedlich hoch sind, wobei weiterhin insbesondere die Höhe und/oder die Breite einer, insbesondere an das zweite Polende des zweiten Jochschenkels angrenzenden, Stufe so bemessen ist, dass der Endabschnitt des Ankers in einem sich ausgehend von dieser Stufe senkrecht zu der Jochebene erstreckenden Teilvolumen der Ausnehmung im angezogenen Zustand aufgenommen wird, insbesondere derart vollständig aufgenommen wird, dass eine erste Flachseite des Ankers mit der Flachseite des zweiten Jochschenkels fluchtet.
  • Das auf den Anker wirkende Drehmoment ist anhand der Höhe und/oder Breite der Stufen der Ausnehmung einstellbar. Insbeson-dere beeinflusst ein Überlappungsbereich zwischen dem Anker und der Stufe, betrachtet im freigegebenen Zustand des Ankers, den zwischen dem Anker und dem Ankergegenpol fließenden magnetischen Fluss und somit das auf den Anker wirkende Anzugsmoment.
  • Weiterhin ist die elektromagnetische Einheit bevorzugt dadurch fortgebildet, dass das Joch geblecht ist, wobei eine Stapelrichtung der das Joch bildenden, insbesondere U-förmigen, Jochbleche quer zu der Schwenkachse des Ankers orientiert ist, und wobei die Stapelrichtung der Jochbleche insbesondere zumindest näherungsweise senkrecht zu der Jochebene orientiert ist, wobei das Joch zumindest zwei Gruppen unterschiedlich großer, insbesondere U-förmiger, Jochbleche umfasst, wobei, insbesondere ein zweiter Schenkel der Jochbleche der ersten Gruppe und ein zweiter Schenkel der Jochbleche der zweiten Gruppe, welche zumindest einen Teil des zweiten Jochschenkels des Jochs bilden, in Längserstreckungsrichtung des zweiten Jochschenkels des Jochs unterschiedlich lang sind, und wobei, insbesondere eine Längendifferenz zwischen den Schenkeln der Jochbleche der ersten und zweiten Gruppe zumindest näherungsweise der Höhe der Stufe und/oder einer Dimension der Ausnehmung in Längserstreckungsrichtung des zweiten Jochschenkels entspricht.
  • Die Kontur der Ausnehmung, insbesondere die Höhe und die Breite der zumindest zwei Stufen, ist durch die Stapelhöhen der Jochbleche der einzelnen Gruppen einstellbar. Abhängig davon, wie viele Jochbleche die erste bzw. die zweite Gruppe bilden, ergibt sich eine Breite der hergestellten Stufe. Vorteilhaft erfolgt eine Festlegung der Stufenhöhe und Stufenbreite erst während der Herstellung der elektromagnetischen Einheit, so dass flexibel verschiedene Drehmomentkennlinien realisierbar sind. Eine aufwendige Neukonstruktion entfällt, auch wenn eine neuartige Drehmomentkennlinie gefordert ist. Außerdem ist es nicht notwendig, das Joch, insbesondere unter Einsatz spanabhebender Verfahren, nachzuarbeiten. Dies vereinfacht den zum Herstellen des Jochs notwendigen konstruktiven Aufwand.
  • Zum Herstellen eines Jochs für eine elektromagnetische Einheit, welche anstatt eines linksdrehenden einen rechtsdrehenden Anker aufweist, muss lediglich die Stapelreihenfolge der ersten Gruppe von Jochblechen mit derjenigen der zweiten Gruppe von Jochblechen vertauscht werden.
  • Insbesondere sind weitere Gruppen von Jochblechen vorgesehen, welche dazu dienen, weitere Stufen in der Ausnehmung des zweiten Jochschenkels zu realisieren. Wiederum sind die zweiten Schenkel dieser dritten, vierten, fünften, etc. Gruppe von Jochblechen im Vergleich zu den Schenkeln der Jochbleche der jeweils anderen Gruppen unterschiedlich lang. Diese gruppenweise Längendifferenz zwischen den Schenkeln der Jochbleche definiert eine Höhe der weiteren Stufe bzw. Stufen. Eine Breite der Stufe wird durch die pro Gruppe verwendete Anzahl von Jochblechen festgelegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zusätzlich eine sich zumindest näherungsweise parallel zu der Schwenkebene des Ankers erstreckende Gleitplatte vorgesehen ist, welche sich, insbesondere zumindest abschnittsweise entlang einer ersten Stirnseite des ersten Jochschenkels, zwischen der ersten Stirnseite und dem Anker, weiterhin insbesondere ausgehend von der ersten Stirnseite des ersten Jochschenkels über diese hinaus bis an den zweiten Jochschenkel, und weiterhin insbesondere entlang eines Wandabschnitts der in dem zweiten Jochschenkel vorhandenen Ausnehmung, erstreckt.
  • Die Gleitplatte ist bevorzugt aus Teflon hergestellt. Sie dient der Führung des Ankers während der Schwenkbewegung und verhindert, dass sich der Anker, bedingt durch die auf ihn wirkenden elektromagnetischen Kräfte, gegenüber der Ankerwelle verkantet bzw. gegenüber der Schwenkachse verkippt. Die Gleitplatte stellt sicher, dass die Bewegung des Ankers mit geringer Reibung erfolgt. Entsprechend ist ein geringer Aufwand zur Erzeugung des magnetischen Flusses und ein entsprechend geringer Anzugsstrom notwendig.
  • Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Anker geblecht ist, wobei eine Stapelrichtung von den Anker bildenden Ankerblechen zumindest näherungsweise parallel zu der Schwenkachse des Ankers orientiert ist.
  • Durch die geblechte Ausführung des Ankers ist dessen Höhe anhand der Anzahl der verwendeten Ankerbleche variabel einstellbar. Mit anderen Worten sind also verschieden hohe Anker unter Verwendung identischer Ankerbleche herstellbar.
  • Sowohl bei den Ankerblechen als auch bei den Jochblechen handelt es sich insbesondere um gestanzte Bauteile. Ebenso wie für die Jochbleche kann auch zum Herstellen der Ankerbleche Elektroblech bzw. Trafoblech verwendet werden.
  • Der Anker der elektromagnetischen Einheit ist insbesondere dadurch fortgebildet, dass in einem der Ankerwelle gegenüberliegenden Endabschnitt des Ankers eine Ankerausnehmung eingelassen ist, wobei insbesondere die Ankerausnehmung in eine der Ankerwelle abgewandte Stirnseite des Ankers und in eine zumindest näherungsweise parallel zu der Schwenkachse des Ankers orientierte zweite Flachseite des Ankers stufenförmig eingelassen ist.
  • Die Ankerausnehmung und die Ausnehmung des zweiten Jochschenkels wirken zusammen. Im angezogenen Zustand des Ankers nimmt die Ausnehmung des Jochschenkels einen Teil des Ankers auf und die Ankerausnehmung nimmt einen Teil des Jochschenkels auf. Die elektromagnetische Einheit ist daher besonders flach aufgebaut.
  • Ferner ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass eine Übergangsseite der Ankerausnehmung, welche sich zwischen der zweiten Flachseite und einem zumindest näherungsweise parallel dazu orientierten Boden der Ankerausnehmung erstreckt, gegenüber einer auf der zweiten Flachseite bzw. dem Boden stehenden Senkrechten geneigt ist.
  • Zwischen der Flachseite des Ankers und dem Ankergegenpol, welcher von einem Polende des zweiten Jochschenkels gebildet ist, fließt der magnetische Fluss, welcher die auf den Anker wirkende Anzugskraft bzw. das Ankeranzugsmoment bestimmt. Abhängig von der Neigung der Flachseite ist ein Spalt zwischen dem Anker und dem Ankergegenpol einstellbar. Dieser verändert das Streuverhalten des magnetischen Flusses in diesem Bereich und somit den Drehmomentverlauf.
  • Die Flachseite ist insbesondere gegenüber einer Ebene geneigt, welche senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung des Ankers orientiert ist. Dabei erfolgt die Neigung derart, dass eine Schnittlinie zwischen dieser senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Ankers liegenden Ebene und einer durch die Flachseite definierten Ebene parallel zu einer Fachseite des Ankers liegt, in welche die Ausnehmung eingelassen ist.
  • Ferner ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass als magnetfelderzeugende Mittel zur Erzeugung des magnetischen Flusses zumindest eine Magnetspulenwicklung vorgesehen ist, die insbesondere als Betätigungsspule der elektromagnetischen Einheit dient, wobei insbesondere zumindest einer der beiden Jochschenkel von einer Magnetspulenwicklung umgeben ist.
  • Die elektromagnetische Einheit ist ferner dadurch fortgebildet, dass der Anker in einer Schließrichtung federbelastet ist, wobei insbesondere ein Permanentmagnet vorgesehen ist, der zur Erzeugung eines permanenten magnetischen Flusses in dem Joch und dem Anker dient, so dass im gezogenem Zustand eine Haltekraft auf den Anker ausgeübt wird.
  • Der Anker soll als in Schließrichtung federbelastet verstanden werden, wenn eine Entlastungsrichtung der Feder in Öffnungsrichtung des Ankers gerichtet ist. Außerdem ist der Permanentmagnet insbesondere am Joch vorgesehen, wobei dieser weiterhin insbesondere in Kontakt mit beiden Jochschenkeln steht.
  • Diese Ausführungsform der elektromagnetischen Einheit stellt ein bistabiles System dar. Der von dem Permanentmagneten bedingte magnetische Fluss erzeugt eine Haltekraft auf den Anker, wenn sich dieser im angezogenen Zustand befindet. Gleichzeitig sorgt die Feder dafür, dass der Anker im geöffneten Zustand bleibt, wenn die magnetfelderzeugenden Mittel abgeschaltet sind. Die Feder wirkt der typischerweise vorhandenen Remanenz im System entgegen. Insbesondere sind der Permanentmagnet und die Feder, genauer der von dem Permanentmagneten erzeugte magnetische Fluss und die Federkraft der Feder so aufeinander abgestimmt, dass sich ein bistabiles System ergibt.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Einheit gemäß einer oder mehrerer der genannten Ausführungsformen, wobei in das zweite Polende des zweiten Jochschenkels eine Ausnehmung eingelassen ist, welche einen Endabschnitt des Ankers in angezogener Stellung des Ankers zumindest teilweise aufnimmt, und wobei das Joch geblecht ist, wobei das Verfahren dadurch fortgebildet ist, dass
    • eine Stapelrichtung der das Joch bildenden, insbesondere U-förmigen, Jochbleche quer zu der Schwenkachse des Ankers orientiert ist, wobei die Stapelrichtung zumindest näherungsweise senkrecht zu der Jochebene orientiert ist, und wobei das Joch aus zumindest zwei Gruppen unterschiedlich großer, insbesondere U-förmiger, Jochbleche hergestellt wird, wobei ein zweiter Schenkel der Jochbleche einer ersten Gruppe und ein zweiter Schenkel der Jochbleche einer zweiten Gruppe, welche gemeinsam zumindest einen Teil des zweiten Jochschenkels bilden, in Längserstreckungsrichtung des zweiten Jochschenkels des Jochs unterschiedlich lang sind, wobei insbesondere eine Längendifferenz zwischen den zweiten Schenkeln der ersten und zweiten Gruppe zumindest näherungsweise der Höhe der Stufe und/oder einer Dimension der Ausnehmung in Längserstreckungsrichtung des zweiten Jochschenkels entspricht, und
    • zum Herstellen des Jochs mit der Ausnehmung zuerst die Jochbleche der ersten Gruppe und anschließend die Jochbleche der zweiten Gruppe übereinander gestapelt und anschließend miteinander verbunden werden.
  • Vorteilhaft ist das Verfahren zum Herstellen der elektromagnetischen Einheit sehr flexibel, da unter Verwendung identischer Jochbleche unterschiedlich geformte Joche herstellbar sind. Im Übrigen treffen gleiche oder ähnliche Vorteile, wie sie bereits im Hinblick auf die elektromagnetische Einheit erwähnt wurden, in gleicher oder ähnlicher Weise auch auf das Verfahren zum Herstellen dieser Einheit zu, und sollen aus diesem Grund nicht wiederholt werden.
  • Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
  • Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische elektromagnetische Einheit in perspektivischer Ansicht,
    Fig. 2
    ein schematisches Joch in perspektivischer Ansicht,
    Fig. 3
    einen schematischen Anker in perspektivischer Ansicht,
    Fig. 4
    eine schematische Querschnittsansicht des Jochs in der Ebene IV-IV von Fig. 2,
    Fig. 5
    eine schematische Draufsicht auf eine Oberseite der elektromagnetischen Einheit,
    Fig. 6
    einen schematischen Anker einschließlich einer Gleitplatte in perspektivischer Ansicht und
    Fig. 7
    eine schematische perspektivische Detailansicht des oberen Bereichs einer elektromagnetischen Einheit.
  • In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Perspektivansicht eine elektromagnetische Einheit 2, umfassend ein Joch 4 und einen Anker 6. Das Joch 4 umfasst einen ersten Jochschenkel 44 und einen zweiten Jochschenkel 45 (vgl. Fig. 2). Die Jochschenkel 44, 45 erstrecken sich in einer Längserstreckungsrichtung R. Sie weisen in Längserstreckungsrichtung R einander gegenüberliegende Enden auf. An jeweils einem ihrer Enden sind die Jochschenkel 44, 45 über eine Jochbrücke 8 miteinander verbunden. Die der Jochbrücke 8 abgewandten freien Enden der Jochschenkel 44, 45 bilden ein erstes Polende 51 an dem ersten Jochschenkel 44 und ein zweites Polende 52 an dem zweiten Jochschenkel 45. Beispielsweise ist das erste Polende 51 der magnetische Nordpol und das zweite Polende 52 der magnetische Südpol des Jochs 4.
  • Die Polenden 51, 52 des Jochs 4 wirken mit dem Anker 6 zusammen. Es sind magnetfelderzeugende schaltbare Mittel vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, einen, insbesondere geschlossenen, magnetischen Fluss 11 im Joch 4 und im Anker 6 zu erzeugen (Fig. 1). Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den magnetfelderzeugenden Mitteln um eine Magnetspulenwicklung 10. Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Magnetspulenwicklung 10 umgibt den zweiten Jochschenkel 45. Lediglich beispielhaft umfasst die elektromagnetische Einheit 2 nur eine Magnetspulenwicklung 10. Gemäß weiterer nicht dargestellter Ausführungsbeispiele sind mehrere Magnetspulenwicklungen 10 vorgesehen, insbesondere zwei Magnetspulenwicklungen 10, welche den ersten bzw. zweiten Jochschenkel 44, 45 umgeben, und einen unterschiedlichen Wickelsinn aufweisen.
  • In Abhängigkeit von der Schaltstellung der magnetfelderzeugenden Mittel, also abhängig davon ob ein Magnetstrom angelegt wird oder die Magnetspulenwicklungen 10 stromlos ist, wird der Anker 6, bedingt durch den magnetischen Fluss 11, in eine angezogene oder eine freigegebene Schaltstellung versetzt. In Fig. 1 ist bespielhaft der Anker 6 in der freigegebenen Schaltstellung gezeigt. Um den Anker 6 von der angezogenen in die freigegebene Stellung zu versetzen, ist insbesondere eine Rückstellfeder vorgesehen (nicht dargestellt), deren Entlastungsrichtung in Öffnungsrichtung OE gerichtet ist. Mit anderen Worten ist der Anker 6 also in Schließrichtung S federbelastet.
  • Der Anker 6 ist auf einer Ankerwelle 12 schwenkbar an dem ersten Jochschenkel 44 gelagert. Eine Längserstreckungsrichtung der Ankerwelle 12 definiert eine Schwenkachse A des Ankers 6 (Fig. 2). Die Schwenkachse A ist zumindest näherungsweise parallel zu der Längserstreckungsrichtung R zumindest des ersten Jochschenkels 44. Insbesondere weisen der erste Jochschenkel 44 und der zweite Jochschenkel 45 eine identische Längserstreckungsrichtung R auf. Die beiden Jochschenkel 44, 45 verlaufen also mit anderen Worten parallel zueinander.
  • Die Längserstreckungsrichtungen R der beiden Jochschenkel 44, 45 definieren eine Jochebene, in der oder parallel zu der sich insbesondere eine Vorderseite 18 des Jochs 4 (Fig. 1) bzw. die Flachseiten 26 der Jochschenkel 44, 45 erstrecken (Fig. 2).
  • Der erste und der zweite Jochschenkel 44, 45 sind in Längserstreckungsrichtung R unterschiedlich lang. In der schematischen Perspektivansicht von Fig. 2 bezeichnet L1 die erste Länge des ersten Jochschenkels 44 und L2 die zweite Länge des zweiten Jochschenkels 45. Die erste Länge L1 des ersten Jochschenkels 44 ist geringer als die zweite Länge L2 des zweiten Jochschenkels 45. Die jeweilige Länge L1, L2 des ersten bzw. zweiten Jochschenkels 44, 45 wird in Längserstreckungsrichtung R zwischen den Enden der jeweiligen Jochschenkel 44, 45 gemessen.
  • Eine Differenz zwischen der zweiten Länge L2 des zweiten Jochschenkels 45 und der ersten Länge L1 des ersten Jochschenkels 44 entspricht im Wesentlichen einer Breite B (Fig. 1) des Ankers 6. Die Differenz zwischen den beiden Längen L2 und L1 ist geringfügig größer als die Breite B des Ankers 6, so dass ein Spalt zwischen einer ersten Stirnseite 31 des ersten Jochschenkels 44 und einer dieser zugewandten Unterseite des Ankers 6 eingehalten wird, wobei dennoch eine Oberseite 14 des Ankers 6 und eine zweite Stirnseite 32 des zweiten Jochschenkels 45 (Fig. 1) miteinander fluchten. Mit anderen Worten liegen also die Oberseite 14 des Ankers 6 und die zweite Stirnseite 32 des zweiten Jochschenkels 45 zumindest näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene.
  • Der Spalt zwischen der ersten Stirnseite 31 des ersten Jochschenkels 44 und der der Oberseite 14 des Ankers 6 entgegengesetzten Unterseite des Ankers 6 dient der Aufnahme einer Gleitplatte 16, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist, und auf die im Zusammenhang mit den Fig. 6 und 7 eingegangen wird.
  • Der Anker 6 ist in einer Schwenkebene schwenkbar, die zumindest näherungsweise senkrecht zu der Schwenkachse A liegt. Die Schenkebene liegt außerdem insbesondere parallel zu der ersten Stirnseite 31 des ersten Jochschenkels 44. Die erste Stirnseite 31 bildet das oder zumindest einen Teil des ersten Polendes 51 des ersten Jochschenkels 44. Die Ankerwelle 12 ist insbesondere zentriert in die erste Stirnseite 31 des ersten Jochschenkels 44 eingelassen. Insbesondere befindet sich also die Schwenkachse A im geometrischen Zentrum der ersten Stirnseite 31.
  • Das Joch 4 und der Anker 6 sind bevorzugt geblecht ausgeführt. Das Joch 4 ist aus einer Vielzahl einzelner Jochbleche hergestellt. Sie werden während der Herstellung des Jochs 4 übereinander gestapelt, insbesondere fluchtend, übereinander gestapelt, und anschließend miteinander verbunden. Hierzu werden insbesondere Schweißverfahren eingesetzt, so dass die das Joch 4 bildenden Jochbleche im fertigen Produkt miteinander verschweißt sind.
  • Auch der Anker 6 ist aus einer Vielzahl von Ankerblechen hergestellt. Zum Herstellen des Ankers 6 werden diese ebenfalls übereinander gestapelt, insbesondere fluchtend, übereinander gestapelt, und anschließend miteinander verbunden. Wiederum wird bevorzugt ein Schweißverfahren eingesetzt, so dass die dem Anker 6 bildenden Ankerbleche miteinander verschweißt sind.
  • Fig. 3 zeigt in schematischer perspektivischer Ansicht einen geblechten Anker 6, der eine Vielzahl von Ankerblechen 61, 62, 63, usw. umfasst. Lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige der Ankerbleche 61, 62, 63 mit Bezugszeichen versehen. Die Anzahl der zur Herstellung des Ankers 6 verwendeten Ankerbleche 61, 62, 63 bestimmt die Breite B des Ankers.
  • Fig. 4 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch das Joch 4 entlang der in Fig. 2 dargestellten Ebene IV-IV. Das geblechte Joch 4 besteht aus einer Vielzahl von Jochblechen 41 a bis 43d, welche in mehrere Gruppen unterteilt sind. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Joch 4 aus drei Gruppen von Jochblechen 41 a bis 43d hergestellt. Die Jochbleche 41a bis 41c bilden die erste Gruppe G1. Die Jochbleche 42a bis 42c bilden die zweite Gruppe G2 und die Jochbleche 43a bis 43d bilden die dritte Gruppe G3.
  • Eine Stapelrichtung SA des Ankers 6 und eine Stapelrichtung SJ des Jochs 4 sind im Winkel von 90° zueinander orientiert (vgl. Fig. 1). Die Stapelrichtung SJ der das Joch 4 bildenden Jochbleche 41 a bis 43d ist quer zu der Schwenkachse A des Ankers 6 orientiert. Insbesondere ist die Stapelrichtung SJ zumindest näherungsweise senkrecht zu einer durch die Längserstreckungsrichtungen R des ersten und zweiten Jochschenkels 44, 45 definierten Jochebene orientiert. Diese Jochebene erstreckt sich parallel zu der in Fig. 1 gezeigten Vorderseite 18 des Jochs 4.
  • Die Stapelrichtung SA der den Anker 6 bildenden Ankerbleche 61, 62, 63 ist zumindest näherungsweise parallel zu der Schwenkachse A orientiert. Eine Aufnahmebohrung 20, welche in den Anker 6 eingebracht ist, und im montierten Zustand die Ankerwelle 12 aufnimmt, erstreckt sich mit anderen Worten senkrecht zu einer Oberfläche bzw. zu den Flachseiten der den Anker 6 bildenden Ankerbleche 61 bis 63.
  • Während des Öffnens und Schließens des Ankers 6 wirkt auf diesen ein Drehmoment. Der Drehmomentverlauf über dem Drehwinkel des Ankers 6 ist wesentlich von der Geometrie des zweiten Polendes 52 des Jochs 4 (Fig. 2) sowie von der Geometrie eines Endabschnitts 22 des Ankers 6 abhängig. Auch die Veränderung der Parameter im magnetischen Kreis bei Betätigung des Ankers 6 ist nicht vernachlässigbar klein.
  • Um den Drehmomentverlauf über dem Drehwinkel des Ankers 6 gezielt einzustellen, umfasst das zweite Polende 52 des zweiten Jochschenkels 45 eine Ausnehmung 24. Der Endabschnitt 22 des Ankers 6 ist in angezogener Stellung des Ankers 6 zumindest teilweise in der Ausnehmung 24 des zweiten Jochschenkels 45 aufgenommen. Der Endabschnitt 22 des Ankers 6 umfasst ein der Ankerwelle 12 gegenüberliegendes freies Ende des Ankers 6. Die Ausnehmung 24 in dem zweiten Polende 52 des zweiten Jochschenkels 45 ist in die zweite Stirnseite 32 und in die Flachseite 26 des zweiten Jochschenkels 45 eingelassen. Im Ergebnis ist die Flachseite 26 des zweiten Jochschenkels 45 durch die Ausnehmung 24 stufenförmig zurückversetzt.
  • Entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Flachseite 26 des zweiten Jochschenkels 45 zur Bildung der Ausnehmung 24 in mehreren Stufen zurückversetzt. Ein Boden der Ausnehmung 24 erstreckt sich also in zwei voneinander beabstandeten Ebenen. Eine erste Ebene ist durch die erste Stufe 30, eine zweite Ebene durch die zweite Stufe 33 definiert. Die beiden Stufen 30, 33 sind insbesondere unterschiedlich breit. So misst die erste Stufe 30 eine erste Breite B1 und die zweite Stufe 33 eine zweite Breite B2. Die Breiten B1, B2 der Stufen 30, 32 werden in einer Richtung senkrecht zu der Jochebene gemessen. Außerdem sind die erste und zweite Stufe 30, 33 unterschiedlich hoch. Die erste Höhe H1 der ersten Stufe 30 unterscheidet sich von der zweiten Höhe H2 der zweiten Stufe 32. Die Höhen H1, H2 der ersten bzw. zweiten Stufe 30, 32 werden parallel zu der Jochebene, insbesondere in Längserstreckungsrichtung R des zweiten Jochschenkels 45 gemessen.
  • Es ist also einerseits möglich, dass die Stufen 30, 33 der Höhe H1, H2 und/oder der Breite B1, B2 nach unterschiedlich sind. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Höhe H1, H2 und/oder die Breite B1, B2 der Stufen 30, 33 zumindest näherungsweise gleich groß.
  • Die zweite Höhe H2 der zweiten Stufe 33, welche an die zweite Stirnseite 32 des zweiten Jochschenkels 45 angrenzt, ist insbesondere so bemessen, dass sie im Wesentlichen der Breite B des Ankers 6 entspricht. Die Bemessung der zweiten Stufe 33 erfolgt unter Berücksichtigung der Tatsache, dass zwischen einem Wandabschnitt 34 der Ausnehmung 24, welcher durch die zweite Stufe 33 gebildet ist, ein Spalt zwischen einer Unterseite des Ankers 6 und diesen Wandabschnitt 34 vorhanden sein soll.
  • So wird auch im angezogenen Zustand ein Luftspalt zwischen dem Wandabschnitt 34 und der Unterseite des Ankers 6 erzwungen, wodurch vermieden wird, dass der Anker 6 auch im stromlosen Zustand der elektromagnetischen Einheit 2, aufgrund der im magnetischen Kreis vorhandenen Remanenzen, angezogen bleibt. Zu diesem Zweck ist alternativ zu einem Luftspalt ein Trennblech oder eine Trennfolie mit geringer magnetischer Leitfähigkeit vorgesehen. Gleiches trifft für den Boden 36 der Ausnehmung 24 zu.
  • Die Breite B2 der zweiten Stufe 33 ist insbesondere so bemessen, dass der Endabschnitt 22 des Ankers 6 in einem sich ausgehend von der zweiten Stufe 33 senkrecht zu der Jochebene erstreckenden Teilvolumen der Ausnehmung 24, im angezogenen Zustand, derart vollständig aufgenommen wird, dass eine Flachseite 38 des Ankers 6 mit einer Flachseite 26 des zweiten Jochschenkels 45 fluchtet (vgl. auch Fig. 5).
  • Das Joch 4 ist aus zumindest zwei, im dargestellten Beispiel drei Gruppen G1, G2, G3 unterschiedlich großer, insbesondere U-förmiger, Jochbleche 41 a bis 43d hergestellt. Es ist also geblecht ausgeführt. Dies zeigt der in Fig. 4 dargestellte Querschnitt entlang der in Fig. 2 gezeigten Ebene IV-IV.
  • In Fig. 4 ist ein Schnitt durch den zweiten Jochschenkel 45 gezeigt, der von den zweiten Schenkeln der Jochbleche 41 a bis 43d gebildet wird. Zur Herstellung der Jochs 4 werden drei verschiedene Sorten Jochbleche verwendet, deren zweite Schenkel jeweils eine unterschiedliche Länge haben. Eine Längendifferenz zwischen den zweiten Schenkeln der einzelnen Jochbleche 41 a bis 43d der drei Gruppen G1, G2, G3 definiert die Höhe H1, H2 der ersten bzw. zweiten Stufe 30, 33. Die Breite B1, B2 der Stufen 30, 33 ist durch die Anzahl der Jochbleche 41a bis 43d in der jeweiligen Gruppe G1, G2, G3 festgelegt.
  • Mit anderen Worten ist es möglich, ausgehend von einer Grundgesamtheit an verschiedenen Jochblechen während des Herstellungsprozesses durch Auswahl der entsprechenden Anzahl der pro Gruppe verwendeten Jochbleche die Breite B1, B2 der Stufen 30, 33 des Jochs 4 festzulegen. So ergibt sich die Möglichkeit, eine flexible Anpassung der Momentenkurve des auf den Anker 6 wirkenden Drehmoments festzulegen.
  • Dieses Moment ist beispielsweise vom Abstand eines Bodens 46 der in dem Anker 6 vorhandenen Ausnehmung 50 und einem Boden 36 der in dem zweiten Jochschenkel 45 vorhandenen Ausnehmung 24 sowie von einem Grad der Überlappung zwischen dem Anker 6 und einem durch die Breite B2 der zweiten Stufe 33 definierten Wandabschnitt 34 beeinflusst. Der Überlappungsbereich 53 ist in Fig. 5 dargestellt, welche eine schematische Draufsicht auf die elektromagnetische Einheit 2 zeigt. Die Größe des Überlappungsbereichs 53 ist durch die Breite B2 der zweiten Stufe 33 beeinflussbar.
  • Der Anker 6 ist insbesondere so ausgestaltet, dass eine Tiefe TA des Ankers 6 (vgl. Fig. 5) zumindest geringfügig größer ist als eine Breite BJ des Jochs 4 (vgl. Fig. 2). Ferner ist der Anker 6 insbesondere derart am Joch 4 angebracht, dass seine zweite Flachseite 56 mit einer Rückseite des Jochs 4 fluchtet, die erste Flachseite 38 die der Rückseite gegenüberliegende Vorderseite 18 des Jochs 4 überragt. Mit anderen Worten steht die erste Flachseite 38 des Ankers 6 gegenüber der Vorderseite 18 des Jochs 4 zumindest geringfügig über. Diese Asymmetrie begünstigt die Flussführung innerhalb des Ankers 6. Infolge der durch die Ankerausnehmung 50 bedingten Verjüngung bewirkt der Überstand des Ankers 6 auf der der Ankerausnehmung 50 abgewandten Seite eine verbesserte Flussführung im verjüngten Abschnitt.
  • Um ein Verkippen des Ankers 6 auf der Ankerwelle 12 möglichst auszuschließen oder gering zu halten, ist außerdem eine Gleitplatte 16, insbesondere eine Teflonplatte, an der Unterseite des Ankers 6 vorgesehen. Dies ist in der schematischen perspektivischen Ansicht von Fig. 6 gezeigt.
  • Die Gleitplatte 16 erstreckt sich in oder parallel zu einer Schwenkebene des Ankers 6. Insbesondere ist vorgesehen, dass sich die Gleitplatte 16 zumindest abschnittsweise entlang einer das Polende 51 des ersten Jochschenkels 44 umfassenden ersten Stirnseite 31 zwischen dieser Stirnseite 31 und dem Anker 6 erstreckt. Weiterhin ist insbesondere vorgesehen, dass sich die Gleitplatte 16 ausgehend von der Stirnseite 31 des ersten Jochschenkels 44 über diesen hinaus bis an den zweiten Jochschenkel 45 erstreckt. Dies ist in der schematischen perspektivischen Ansicht von Fig. 7 gezeigt. Die Gleitplatte 16 erstreckt sich weiterhin insbesondere entlang eines Wandabschnitts 34 (vgl. Fig. 5, in der diese Gleitplatte 16 nicht gezeigt ist), der sich in dem in dem zweiten Jochschenkel 45 vorhandenen Aussparung 24 erstreckt.
  • Der Anker 6 weist eine Ankerausnehmung 50 auf, die in die von der Schwenkachse A des Ankers 6 abgewandte Stirnseite 54 am Endabschnitt 22 des Ankers 6 in diesen eingelassen ist. Eine zumindest näherungsweise parallel zu der Schwenkachse A des Ankers 6 orientierte Flachseite 56 ist also stufenförmig zurückversetzt. Eine Übergangsseite 58 (vgl. Fig. 5) der Ankerausnehmung 50, welche sich zwischen der Flachseite 56 und einem zumindest näherungsweise parallel dazu orientierten Boden 46 der Ankerausnehmung 50 erstreckt, ist gegenüber einer auf der Flachseite 56 bzw. dem Boden 46 stehenden Senkrechten geneigt.
  • Diese Neigung ist insbesondere so gewählt, dass zwischen einer Übergangslinie zwischen der Übergangsseite 58 und der Flachseite 56 und einer Verbindungslinie zwischen dem Boden 46 und der Übergangsseite 58 in Längserstreckungsrichtung des Ankers 6 ein Versatz X zwischen 1 mm und 5 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 3 mm, weiterhin insbesondere von 2 mm vorliegt. Dieser Versatz X definiert einen Abstand zwischen der Übergangsseite 58 und einer Seitenfläche 66 des zweiten Polendes 52 des zweiten Jochschenkels 45. Dieser Abstand dient wiederum zur Einstellung des auf den Anker 6 wirkenden Drehmoments, insbesondere des Anzugsmoments.
  • Aufgrund der Stapelrichtung SA des Ankers 6, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu der Schwenkachse A des Ankers 6 erstreckt, ist die Neigung der Übergangsseite 58 durch die Form der Ankerbleche 61, 62, 63 vorgegeben. Diese Form ist insbesondere in einem Stanzverfahren einstellbar, so dass auf eine Nachbearbeitung des Ankers 6 mit Hilfe von spanabhebenden Verfahren vorteilhaft verzichtet werden kann.
  • Gemäß einem weiteren in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anker 6 in Schließrichtung S (Fig. 1) federbelastet. Dies bedeutet, dass eine Entlastungsrichtung der Feder in Öffnungsrichtung OE des Ankers 6 gerichtet ist. Weiterhin ist insbesondere ein Permanentmagnet vorgesehen, der der Erzeugung eines permanenten magnetischen Flusses in dem magnetischen Kreis 11 dient, so dass eine Haltekraft auf den Anker 6 ausgeübt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel hält die Öffnungsfeder den Anker 6 in geöffnetem Zustand, während der permanente magnetische Fluss den Anker 6 in geschlossenem Zustand hält. So kann ein bistabiles System angegeben werden.
  • Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit "insbesondere" oder "vorzugsweise" gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    elektromagnetische Einheit
    4
    Joch
    6
    Anker
    8
    Jochbrücke
    10
    Magnetspulenwicklung
    12
    Ankerwelle
    11
    magnetischer Fluss
    14
    Oberseite des Ankers
    16
    Gleitplatte
    18
    Vorderseite des Jochs
    20
    Aufnahmebohrung
    22
    Endabschnitt des Ankers
    24
    Ausnehmung
    26
    Flachseite des Jochs
    30
    erste Stufe
    31
    erste Stirnseite
    32
    zweite Stirnseite
    33
    zweite Stufe
    34
    Wandabschnitt
    36
    Boden der Ausnehmung
    38
    erste Flachseite des Ankers
    41a...43d
    Jochbleche
    44
    erster Jochschenkel
    45
    zweiter Jochschenkel
    46
    Boden der Ankerausnehmung
    50
    Ankerausnehmung
    51
    erstes Polende
    52
    zweites Polende
    53
    Überlappungsbereich
    54
    Stirnseite des Ankers
    56
    zweite Flachseite des Ankers
    57
    Übergangsseite
    61, 62, 63
    Ankerbleche
    66
    Seitenfläche des zweiten Polendes
    A
    Schwenkachse
    B
    Breite des Ankers
    B1
    Breite der ersten Stufe
    B2
    Breite der zweiten Stufe
    BJ
    Breite des Jochs
    TA
    Tiefe des Ankers
    H1
    Höhe der ersten Stufe
    H2
    Höhe der zweiten Stufe
    L1
    Länge des ersten Jochschenkels
    L2
    Länge des zweiten Jochschenkels
    OE
    Öffnungsrichtung
    R
    Längserstreckungsrichtung
    X
    Versatz
    S
    Schließrichtung
    SA
    Stapelrichtung Anker
    SJ
    Stapelrichtung Joch
    T
    Tiefe des Jochschenkels
    G1, G2, G3
    Gruppe

Claims (15)

  1. Elektromagnetische Einheit (2), umfassend einen Anker (6) und ein, insbesondere U-förmiges, Joch (4) mit einem ersten und einem zweiten Jochschenkel (44, 45) und einer Jochbrücke (8), wobei jeder der beiden Jochschenkel (44, 45) in einer Längserstreckungsrichtung (R) einander gegenüberliegende Enden aufweist, wobei die Jochschenkel (44, 45) an einem ihrer Enden durch die Jochbrücke (8) miteinander verbunden sind und die der Jochbrücke (8) entgegengesetzten freien Enden der Jochschenkel (44, 45) die Polenden (51, 52) des Jochs (4) bilden, die mit dem Anker (6) zusammenwirken, und wobei magnetfelderzeugende schaltbare Mittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, einen, insbesondere geschlossenen, magnetischen Fluss (11) in dem Joch (4) und dem Anker (6) zu erzeugen, so dass in Abhängigkeit von der Schaltstellung der magnetfelderzeugenden Mittel der Anker (6) in eine angezogene oder eine freigegebene Schaltstellung versetzbar ist oder versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) auf einer eine Schwenkachse (A) des Ankers (6) festlegenden Ankerwelle (12) schwenkbar gelagert ist, wobei die Ankerwelle (12) an dem ersten Jochschenkel (44) angeordnet, insbesondere an diesem befestigt, ist, und wobei die Schwenkachse (A) zumindest näherungsweise in oder parallel zu der Längserstreckungsrichtung (R) zumindest des ersten Jochschenkels (44) verläuft.
  2. Elektromagnetische Einheit (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Jochschenkel (44, 45) in Längserstreckungsrichtung (R) unterschiedlich lang sind, wobei, insbesondere eine erste Länge (L1) des ersten Jochschenkels (44) geringer ist als eine zweite Länge (L2) des zweiten Jochschenkels (45), und wobei, insbesondere die erste Länge (L1) des ersten Jochschenkels (44) zumindest näherungsweise um eine Breite (B) des Ankers (6), gemessen in Längserstreckungsrichtung (R) der Jochschenkel (44, 45), geringer ist als die zweite Länge (L2) des zweiten Jochschenkels (45).
  3. Elektromagnetische Einheit (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) in einer Schwenkebene schwenkbar ist, die zumindest näherungsweise parallel zu einer ersten Stirnseite (31) des ersten Jochschenkels (44) liegt, wobei das erste Polende (51) des ersten Jochschenkels (44) die erste Stirnseite (31) umfasst, und wobei, insbesondere die Ankerwelle (12), insbesondere zentriert, in die erste Stirnseite (31) des ersten Jochschenkels (44) eingelassen ist.
  4. Elektromagnetische Einheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (4) geblecht ist, wobei eine Stapelrichtung (SJ) der das Joch (4) bildenden, insbesondere U-förmigen, Jochbleche (41 a bis 43d) zumindest näherungsweise senkrecht zu einer durch die Längserstreckungsrichtungen (R) des ersten und zweiten Jochschenkels (44, 45) festgelegten Jochebene orientiert ist.
  5. Elektromagnetische Einheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das zweite Polende (52) des zweiten Jochschenkels (45) eine Ausnehmung (24) eingelassen ist, welche einen Endabschnitt (22) des Ankers (6) in der angezogenen Stellung des Ankers zumindest teilweise aufnimmt, wobei der Endabschnitt (22) des Ankers (6) ein der Ankerwelle (12) gegenüberliegendes freies Ende des Ankers (6) umfasst.
  6. Elektromagnetische Einheit (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (24) in eine zweite Stirnseite (32) und in eine Flachseite (26) des zweiten Jochschenkels (45) eingelassen ist, so dass die Flachseite (26) des zweiten Jochschenkels (45), welche zumindest näherungsweise parallel zu einer durch die Längserstreckungsrichtungen (R) des ersten und zweiten Jochschenkels (44, 45) definierten Jochebene liegt, insbesondere auf der vollständigen Tiefe (T) des zweiten Jochschenkels (45), stufenförmig zurückversetzt ist.
  7. Elektromagnetische Einheit (2) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (24) derart ausgebildet ist, dass die Flachseite (26) des zweiten Jochschenkels (45) in mehreren Stufen (30, 33) zurückversetzt ist, wobei die Stufen (30, 33) in einer Richtung senkrecht zu der Jochebene unterschiedlich breit und/oder in Längserstreckungsrichtung (R) des zweiten Jochschenkels (45) unterschiedlich hoch sind, wobei, insbesondere die Höhe (H2) und/oder die Breite (B2) einer an das zweite Polende (52) des zweiten Jochschenkels (45) angrenzenden Stufe (33) so bemessen ist, dass der Endabschnitt (22) des Ankers (6) in einem sich ausgehend von dieser Stufe (33) senkrecht zu der Jochebene erstreckenden Teilvolumen der Ausnehmung (24) im angezogenen Zustand aufgenommen wird, wobei der Anker (6) insbesondere derart vollständig aufgenommen wird, dass eine erste Flachseite (38) des Ankers (6) mit der Flachseite (26) des zweiten Jochschenkels (45) fluchtet.
  8. Elektromagnetische Einheit (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (4) geblecht ist, wobei eine Stapelrichtung (SJ) der das Joch (4) bildenden, insbesondere U-förmigen, Jochbleche (41 a bis 43d) quer zu der Schwenkachse (A) des Ankers (6) orientiert ist, wobei, insbesondere die Stapelrichtung (SJ) der Jochbleche (41 a bis 43d) zumindest näherungsweise senkrecht zu der Jochebene orientiert ist, und wobei das Joch (4) zumindest zwei Gruppen (G1, G2, G3) unterschiedlich großer, insbesondere U-förmiger, Jochbleche (41 a bis 43d) umfasst, wobei ein zweiter Schenkel der Jochbleche (41a bis 41d) der ersten Gruppe (G1) und ein zweiter Schenkel der Jochbleche (41a bis 43d) der zweiten Gruppe (G2), welche zumindest einen Teil des zweiten Jochschenkels (45) des Jochs (4) bilden, in Längserstreckungsrichtung (R) des zweiten Jochschenkels (45) des Jochs (4) unterschiedlich lang sind, wobei eine Längendifferenz zwischen den Schenkeln der Jochbleche der ersten und zweiten Gruppe (G1, G2) zumindest näherungsweise der Höhe (H1, H2) der Stufe (30, 33) und/oder einer Dimension der Ausnehmung (24) in Längserstreckungsrichtung (R) des zweiten Jochschenkels (45) entspricht.
  9. Elektromagnetische Einheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine sich zumindest näherungsweise parallel zu der Schwenkebene des Ankers (6) erstreckende Gleitplatte (16) vorgesehen ist, welche sich, insbesondere zumindest abschnittsweise entlang einer ersten Stirnseite (31) des ersten Jochschenkels (44), zwischen der ersten Stirnseite (31) und dem Anker (6), weiterhin insbesondere, ausgehend von der ersten Stirnseite (31) des ersten Jochschenkels (44) über diese hinaus bis an den zweiten Jochschenkel (45), und weiterhin insbesondere entlang eines Wandabschnitts (34) der in dem zweiten Jochschenkel (45) vorhandenen Ausnehmung (24), erstreckt.
  10. Elektromagnetische Einheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) geblecht ist, wobei eine Stapelrichtung (SA) von den Anker (6) bildenden Ankerblechen (61, 62, 63) zumindest näherungsweise parallel zu der Schwenkachse (A) des Ankers (6) orientiert ist.
  11. Elektromagnetische Einheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einen der Ankerwelle (12) gegenüberliegenden Endabschnitt (22) des Ankers (6) eine Ankerausnehmung (50) eingelassen ist, wobei die Ankerausnehmung (50) insbesondere in eine der Ankerwelle (12) abgewandte Stirnseite (54) des Ankers (6) und in eine zumindest näherungsweise parallel zu der Schwenkachse (A) des Ankers (6) orientierte zweite Flachseite (56) des Ankers (6) stufenförmig eingelassen ist.
  12. Elektromagnetische Einheit (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übergangsseite (58) der Ankerausnehmung (50), welche sich zwischen der zweiten Flachseite (56) und einem zumindest näherungsweise parallel dazu orientierten Boden (46) der Ankerausnehmung (50) erstreckt, gegenüber einer auf der zweiten Flachseite (56) bzw. dem Boden (46) stehenden Senkrechten geneigt ist.
  13. Elektromagnetische Einheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetfelderzeugende Mittel zur Erzeugung des magnetischen Flusses (11) zumindest eine Magnetspulenwicklung (10) vorgesehen ist, die insbesondere als Betätigungsspule der elektromagnetischen Einheit (2) dient, wobei weiterhin insbesondere zumindest einer der beiden Jochschenkel (44, 45) von einer Magnetspulenwicklung (10) umgeben ist.
  14. Elektromagnetische Einheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) in einer Schließrichtung (S) federbelastet ist, wobei insbesondere ein Permanentmagnet vorgesehen ist, der zur Erzeugung eines permanenten magnetischen Flusses in dem Joch (4) und dem Anker (6) vorgesehen ist, so dass im gezogenem Zustand eine Haltekraft auf den Anker (6) ausgeübt wird.
  15. Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Einheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei in das zweite Polende (52) des zweiten Jochschenkels (45) eine Ausnehmung (24) eingelassen ist, welche einen Endabschnitt (22) des Ankers (6) in angezogener Stellung des Ankers (6) zumindest teilweise aufnimmt, und wobei das Joch (4) geblecht ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    - eine Stapelrichtung (SJ) der das Joch (4) bildenden, insbesondere U-förmigen, Jochbleche (41 a bis 43d) quer zu der Schwenkachse (A) des Ankers (6) orientiert ist, wobei die Stapelrichtung (SJ) zumindest näherungsweise senkrecht zu der Jochebene orientiert ist, und wobei das Joch (4) aus zumindest zwei Gruppen (G1, G2, G3) unterschiedlich großer, insbesondere U-förmiger, Jochbleche (41 a bis 43d) hergestellt wird, wobei ein zweiter Schenkel der Jochbleche (41 a...43d) einer ersten Gruppe (G1) und ein zweiter Schenkel der Jochbleche (41 a bis 43d) einer zweiten Gruppe (G2), welche gemeinsam zumindest einen Teil des zweiten Jochschenkels (45) bilden, in Längserstreckungsrichtung (R) des zweiten Jochschenkels (45) des Jochs (4) unterschiedlich lang sind, wobei insbesondere eine Längendifferenz zwischen den zweiten Schenkeln der ersten und zweiten Gruppe (G1, G2) zumindest näherungsweise der Höhe (H1, H2) der Stufe (30, 33) und/oder einer Dimension der Ausnehmung (24) in Längserstreckungsrichtung (R) des zweiten Jochschenkels (45) entspricht, und
    - zum Herstellen des Jochs (4) mit der Ausnehmung (24) zuerst die Jochbleche (41 a bis 43d) der ersten Gruppe (G1) und anschließend die Jochbleche (41a bis 43d) der zweiten Gruppe (G2) übereinander gestapelt und anschließend miteinander verbunden werden.
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