DE1303785C2 - Elektromagnetische antriebseinrichtung fuer elektrische drehschalter - Google Patents

Description

sen jedoch nicht Ebenen sein und sind es ·η der Praxis sprechender Vergrößerung des Verhältnisses b:a, regelmäßig auch nicht. Maßgebend für üas Maß der den Winkel β und damit den Wirkungsgrad zu vererziclten Drehung ist fur eine Vertikalbewegung des großem, wobei überrascht, daß diese Wirkungsgrad-Teils 1 um das Maß b die Basislänge a. In der prak- vergrößerung durch den apparativen Mehraufwand tischen Verwirklichung dieses Prinzips wird aller- 5 nur zum geringen Teil aufgezehrt wird,
dings so vorgegangen, daß Teil 1, das direkt von dem Außerdem hat die erfindungsgemäße Einrichtung Elektromagneten in Richtung der Achse 2 beauf- den zusätzlichen Vorteil, daß die Übertragung der schlagt wird, bei Näherung an das feste Teil 4 eine Kraft P grundsätzlich durch die doppelte Anzahl Schraubbewegung ausführt, d.h., die Fläche 4a ist schiefer Ablaufbahnen und demgemäß die doppelte in Wirklichkeit dem Wesen nach eine Wendelfläche. io Anzahl von Wälzkörpergruppen erfolgt, als gemäß Man kann sich vorstellen, daß die auf das An- F i g. 1 Jede dieser Wälzkörpergruppen hat bei der triebsteil 1 wirkende, in eine Drehungskraft umzu- „ . ., . _v , _ . ,,.„ _K^_ft P _7U wandelnde Magnetkraft P in der Kugel 3 wirkt und Zweiteilung der Kraft P nur mehr die Kraft _T zu dort zerlegt v/ird in eine waagerechte Komponente T, übertragen. Die Folge davon sind geringe Drücke in deren Reaktionskraft das Antriebsteil 1 verschiebt, i₅ den Ablaufbahnen. Damit wird es möglich, diese ά. h. in der praktischen Ausführung in Drehbewegung Teüe aus Kunststoff herzusteilen, zumal mit größeversetzt. und in eine Normalkraft N, welche (nebst dem Winkel ß' der Verschleiß abnimmt. Teil 6 führt ihrer Reaktionskraft N') entlang der Bewegungs· im Gegensatz zum Teil 1 der F i g. 1, welches sowohl bahnen la, 4a Reibungsverluste erzeugt Ohne diese Antriebsteil als auch Drehglied ist, keine Axial-Reibungsverluste wäre Pb = Ta, wobei b der ao bewegung aus, sondern eine reine Drehbewegung, Hubweg des Teiles 1 und α der Drehweg des Teiles4 wogegen Teil 1, Fig. 1, eine Schraubbewegung vollist. Für diesen (theoretischen) Fall wäre der Wir- führt; dementsprechend führt auch Teill', Fig. 2, kungsgrad der Kraftumwandlung das Maximum, eine Schraubbewegung aus, jedoch mit einer Dre-

also Ir=I- In der Praxis führt jedoch die unver- hungskomponente α', welche kleiner ist als die

^r ·" 35 Drehungskomponente α nach Fig. J.

meidliche Reibung, die zwischen den Körpern 1 und 4 Die Verminderung des auf die Wälzkörper und

herrsch?, zu einer Verschlechterung des Wirkungs- Wälzkörperbahnen wirkenden Druckes ist ein wich-

grades, wobei jedoch mit wachsendem β die Rei- tiger Vorteil, wenn die zusammenwirkenden Teile

bungsvcrluste immer kleiner werden; der günstigste aus Kunststoff bestehen. Kunststoffe haben oft druck-

Wert liegt bei β = 45°, doch ist dieser Wert in der 30 abhängige Reibungskoeffizienten; so schwankt z. B.

Praxis aus Gründen baulicher Art nicht annähernd der Reibungskoeffizient der Polyamide je nach der

erzielbar; die tatsächlichen Neigungswinkel β sind Flächenpressung zwischen 0,05 und 0,5 gegenüber

erheblich kleiner einem weitgehend druckunabhängigen Wert von 0,2

Die Erfindung fußt nun auf der Erkenntnis, daß bei Stahl auf Stahl. Bei Verwendung von Kunsteine Vergrößerung des »Steigungswinkels«, d. h. der 35 stoffen mit ihrem druckabhängigen Reibwert ist es Höheö, Fig. 1, wesentliche Vorteile mit sich bringt, daher besonders erwünscht, den Neigungswinkel der wie an Hand der Fig. 2 erläutert sei. schiefen Ebene groß zu machen.

Zusätzlich zum drehbaren Antriebsteil 1, Fig. 1, Das Prinzip der Erfindungsidee verdeutlichen die welches, wie erläutert, ein das Drehmoment ab- F i g. 3 und 4 in einem Schema,
gebendes Teil ist, wird nunmehr ein zweites drehbares 40 Im bzw. außerhalb des Gehäuses 10 ist der Anker Teil vorgesehen. Zwischen diesen drehbaren Teilen 15 der Magnetspulen 16 in vertikaler und horizoneinerseits und zwischen dem einen als Antriebsteil taler Richtung beweglich und mit dem ersten drehwirkenden drehbaren Teil und dein festen Widerlager baren Teil, dem Antriebsteil 11, verbunden. Letzteres wird je eine Ablaufbahn, jedoch von größerem wirkt über Rollen 12, die sich gegen feststehende Steigungswinkel vorgesehen; diese Bahnen sind ent- 45 Ablaufbahnen 13 stützen, auf das nur in waagerechgegengesetzt geneigt. ter Richtung bewegliche zweite »drehbare« Teil, das

In Fig. 2 ist 1' Antriebsteil, das unter der Wirkung Abtriebsteil 14. Die Figuren zeigen, der besseren der Magnetkraft P steht und über eine Ablaufbahn Übersichtlichkeit halber, eine Vorrichtung mit ta mit dem festen Widerlagerteil 4' zusammenwirkt. gerader Endbewegung des Abtriebsteiles 14, wogegen Das Antriebsteil 1' wirkt ferner über zweite Wälz- 50 in der Praxis Drehbewegungen angestrebt werden; körper 5 und eine zweite Ablaufbahn 1 "α, die hin- in den Fig. 3 und 4 ist somit eine Dreheinrichtung sichtlich der ersten Bahn eine entgegengesetzte gewissermaßen in eine Ebene abgewickelt. Das An-Neigung besitzt, auf das Abtriebsteil 6 mit Ablauf- triebsteil 11 ragt mit einem Ansatz 11a nach außen; bahn 6a. Das Abtriebsteil 6 ist in diesem Fall der in geeigneter Weise geführte Anker 15 eines — ebenso wie Teil 1 in Fig. I — in Richtung des 55 erregten Elektromagneten 16 verschiebt das Antriebs-Pfeiles A beweglich, und diese Bewegung ist die teil IL gegen die Feder 17 abwärts. Dadurch wandern angestrebte Drehbewegung des Abtriebsteiles 6, die Rollen 12 längs der Ablaufbahn 13 ebenfalls abdurch das der nicht dargestellte Schalter betätigt wärts, wobei sie sich, entsprechend der Steigung β wird. Die Steigungswinkel ß' der schiefen Ebenen Xa (in der Zeichnung) nach rechts bewegen. Diese und 6a sind größer als im Falle der Fig. 1. Um 60 Rechtsbewegung wird auf das Abtriebsteil 14 überden Drehweg a, Fig. 1, zu erreichen muß die Be- tragen. Die Abwärtsbewegung der Rollen 12 bewirkt wcglichkeit des Antricbsteiles Γ hinsichtlich X und ferner, über die Ablaufbahnen 14a des Abtriebsteiles des Antriebsteiles W in Fig. 2 hinsichtlich des mit Γ 14 im Verein mit der Seitenbewegung der Rollen Il ... τ, .. a , ., „ .. , . eine zusätzliche, d. h. also eine entsprechend verbezcichneten Teiles ₂ sein, damit Teil 6 msgesamt ^ _größer[e verschiebung des Abtriebteiles 14 nach

eine Gesamtdrehung α in Richtung^ ausführen kann. rechts, wobei zweckmäßig eine Rückholfeder 18 ge-

Es ist somit möglich, durch Aufteilung der angc- spannt wird. Nach Wegfall der Erregung des Ma-

strebt^n Drehbewegung α in zwei Teile, bei ent- gneten 16 kehren die Teile 11 und 14 in die Aus-

gangslage zurück. Das Zusammenwirken der Teile Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 5

11, 12, 13 und 14 entspricht jenem der Teile Γ, 4' ist folgende: Verschiebt sich das Eingangsglied 20

und 6 der F i g. 2. unter dem Einfluß des antreibenden Ankers des

Ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung Elektromagneten, der auf der Plattform 28 montiert

in Kiinstsloffausführung zeigt F i g. 5 im vertikalen 5 zu denken isl, axial abwärts, so folgt das Antriebs-

Axialschnitt. teil 21 über die Kugeln 38 dieser Bewegung, wobei

Das (von einem nicht dargestellten Elektromagne- die Rollen 46 durch die feste Ablaufbahn 50 des ten beaufschlagte) axial verschiebbare Eingangsglicd Einsatzteiles 51 dem Antriebsteil 21 eine Drehbeweder Einrichtung ist mit 20, das eigentliche erste gung erteilen. Diese wird über die Rollen 48 und Antriebsteil mit 21 (entsprechend 11 in Fig. 4) und io die Ablaufbahnen 52 avif das Abtriebsteil 22 überdas zweite drehbare aber axial unverschiebliche Teil, tragen, wobei letzteres eine zusätzliche Drehbewegung das den Antrieb zum eigentlichen Schalter weiter- dadurch erhält, daß die Rollen 48 sich zufolge der leitet, ist als Abtriebsteil 22 bezeichnet; letzteres Steuerung der Rollen 46 an den Ablaufbahnen 50 entspricht dem Teil 14 der Fig. 3. Diese Teile sind auch abwärts bewegen und dadurch dem Abtriebsin einem Gehäuse 23 untergebracht, welches die Nabe 15 teil 22 eine zusätzliche Drehbewegung verleihen, wie 24 des Abtriebsteiles 22 konzentrisch einschließt. In an Hand der Fig. 3, 4 dargestellt: die Wirkungen diesem Gehäuse ist mittels Schrauben 26 eine Trag- der Ablaufbahnen 50, 52 addieren sich. Die Abplatte 28 gesichert, auf welcher der die Axialbcwe- wärtsbewegung des Eingangsgiiedes 20 komprimieri gung erzeugende Elektromagnet (nicht dargestellt) die Druckfeder 32.

sitzt. Er setzt das Eingangsglied 20 und das An- 20 Nach Fortfall der auf das Eingangsglied 20 wir-

triebsteil 21 in Axialbcwegung gegen die Wirkung kenden Axialkraft kehren die Teile 20, 36, 21 und 22

der Feder 32, die der Feder 17 der Fi g. 4 entspricht. in die Ausgangslage zurück, sei es dadurch, daß das

Das Eingangsglied 20 hält mittels einer Schraube 30 Eingangsglied 20 mittels einer nicht dargestellten

ein Ansatzstück 31, das einen zwischen diesen beiden Feder, entsprechend der Feder 18 der Fig. 3, in

Teilen eingeklemmten Druckteller 36 veranlaßt, über 35 die Ausgangslage zurückgestellt wird, oder sei es,

Wälzkörper 38 auf einen Druckring 40 zu wirken. daß man die Feder 32 gleichzeitig als Drehfeder

Der Druckteller 36, die Wälzkörper 38 und der ausbildet.

Druckring 40 bilden zusammen ein Wälzspurlager, Das Einsalzteil 51 besitzt Vorsprünge 51 α, die in

das jedoch nicht dem Wälzkörper 3 bzw. 5 der Ausnehmungen 22α des Abtriebsteiles 22 eingreifen,

Fig. 1, 2 oder 12 der Fig. 3 entspricht. 30 damit zwischen letzterem und dem Einsatzteil 51

Um das Ansalzstück 31 ist das Antriebsteil 21 nur eine beschränkte Relativbewegung möglich ist. drehbar, jedoch mit dem Druckring 40 auf Drehung Die Nabe 24 besitzt ein Keil- oder, zweckmäßiger, gekuppelt; diese Kupplung wird durch Ansätze 21a Sternprofil 24a, das in ein Sternprofil 23α des Gedes Antriebsteiles 21 besorgt, welche in Ausnehmun- häuses mit so viel Spiel eingreift, daß die Maximalgen 40a des Druckringes eingreifen. Im Antriebs- 35 drehung der Nabe 24 mit Bezug auf die ortsfesten teil 21 sind vorzugsweise vier oder mehr radial ver- Teile der Einrichtung bestimmt ist.
laufende Achsen 44 mit auf ihnen frei drehbaren Das Abtriebsteil 22 und das Einsatzteil 51 sind Rollen 46, 48 gelagert. Die Rollen 46, 48 entsprechen scheibenförmig und tragen kronenartige, axial nach den Rollen 12 der Fig. 3. oben im Sinne der Zeichnung weisende, die Ablauf-

Dk Rollen 46 wirken mit feststehenden schrägen 40 bahnen 50, 52 entsprechend 13 und 14a in Fig. 3

Ablaufbahnen 50 (entsprechend 13 in Fi g. 3) und bildende Nocken. Diese Nocken haben Sägezahn-

die Rollen 48 mit Ablaufbahnen 52 zusammen, die form. Ihre geneigten Flanken haben, wie schon

am Abtriebsteil 22 angeordnet sind und somit den bemerkt, entgegengesetzte Steigungen (vgl. F i g. 3)

Bahnen 14 der Fig. 3 entsprechen. Die Ablauf- Flanken 13 und 14a.

bahnen 50 sind auf einem hinsichtlich des Gehäuses 45 Weil die bewegungsumformenden Ablaufbahnen 23 undrehbaren Einsatzteil 51 gebildet. Demgemäß 50 und 52 beträchtlich geneigt sind und weil zwischen müssen die Ablaufbahnen 52 Bestandteil des Ab- jeder Rolle 46 und 48 und der zugeordneten Ablauftriebsteiles 22 sein, welches dem Abtriebsteil 14 der bahn 50 bzw. 52 nur der halbe auf das Eingangs-F i g. 3 entspricht. Man erkennt, daß die Rollen 48 glied 20 bzw. das Antriebsteil 21 wirkende Druck jenen Rollen 12 entsprechen, welche in Fig.4 mit so übertragen werden muß, können das Antriebsglied dem Abtriebsteil 14 zusammenarbeiten. 22 und das Einsatzteil 51 aus Kunststoff bestehen,

Das Abtriebsteil 22 stützt sich über Kugellager- z. B. aus Superpolyamiden, die thermoplastisch sind

ringe 56, 58 und Kugeln 60 gegen das im Gehäuse und daher verarbeitungsmäßig Vorteile bieten.

23 ortsfeste Einsatzteil51, d.h. indirekt gegen das Die in Fig. 5 gezeigte Einrichtung erlaubt inso-

GehMuse 23 ab. Das Abtriebsteil 22 setzt sich in eine 55 fern eine ebenfalls in den Rahmen der Erfindung

Nabe 24 mit Nuten 24 a fort, die aus dem Gehäuse 23 fallende kinematische Umkehrung, als daa Antriebs-

nach außen ragt; an ihr wird die Drehbewegung als teil 21 zweiseitig dachförmige Ablaufbahnen besitzen

Umwandlungsprodukt der Eingangsbewegung abge- könnte, welche über Rollen, die im Einsatzteil 51

hommen. Die Nabe 24 entspricht dem Ende des bzw. im Abtriebsteil 22 drehbar gelagert sind, die

Abtriebsteils 14 der F i g. 3,4. 60 Hub-Dreh-Bewegung bewirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

i 303 785 ^ 1 2 ordnet sind. Des weiteren ist es bekannt, zwei solcher Patentansprüche: Drehmagnetsysteme auf eine einzige, ihnen gemein same Drehachse wirken zu lassen, die für jeden

1. Elektromagnetische Antriebseinrichtung für Elektromagneten ein Drehglied mit zur Umwandlung elektrische Drehschalter zur Umwandlung kurzer 5 der Axialbewegung in die Drehbewegung erforder-Anzugsbewegungen des Ankers eines elektro- liehen Ablaufflächen trägt. An der grundsätzlichen magnetischen Systems in Schaltschritte des mit Wirkungsweise wird durch diese nur der Möglichkeit der Antriebseinrichtung mechanisch gekuppelten der Hervorbringung von Antriebsbewegungen in Drehschalters, wobei ein drehbares Antriebsteil beiden Drehrichtungen durch Anordnung von zwei durch den Magnetanker in axialer Richtung be- ίο Magnetsystemen dienenden Bauweise nichts gewegbar und dabei über Rollen längs einer oder ändert. Das Antriebsteil kann als Schwungmasse mehrerer feststehender Ablaufbahnen um seine ausgeführt oder mit einer solchen gekuppelt sein. Achse drehbar ist, dadurch gekennzeich- Bekanntgewordene Drehmagnete verwenden durchn e t, daß dem Antriebsteil (21j ein zweites, axial wegs Stahlkugeln, die auf gehärteten Ablaufbahnen jedoch unverschiebbares drehbares Teil, das als 15 abrollen. Die Herstellung solcher Bahnen ist schwie-Abtriebsteil (22) dient, zugeordnet ist, das eben- rig und teuer. Eine grundsätzliche Schwierigkeit falls mit mindestens einer Ablaufbahn (52) von solcher bekannten Bauweisen ergibt sich ferner aus entgegengesetzter Neigung zu jener der ersten folgendem:

feststehenden Ablaufbahn (50) versehen und mit Es werden oft große Drehwinkel gefordert (etwa

dem Drehschalter gekuppelt ist, und daß das 20 45^?), die aber aus sehr kleinen Magiiethüben ge-

Antriebsteil (21) mindestens eine weitere, an der wonnen werden müssen, weil die Zugkraft eines

zweiten Ablaufbahn (52) anliegende und auf Magneten, die er auf den Anker ausübt, erst im

dieser abrollbare Rolle (48) aufweist. kleinen Luftspalt große Werte erreicht, Mit einer

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch steilen Ablaufbahn, die des Wirkungsgrades wegen gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (21) und 25 anzustreben wäre, lassen sich aber mit den kleinen das Abtriebsteil (22) in bekannter Weise koaxial Magnethüben die obengenannten Drehwinkel nicht und die Ablaufbahnen (50, 52) konzentrisch an- erreichen. Bei Verwendung flacher Ablaufbahnen geordnet sind. sind aber im Hinblick auf die zu fordernde Lebens-

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, da- dauer nur sehr exakt gearbeitete Teile aus gehärtedurch gekennzeichnet, daß an einem Einsatzteil 30 tem Stahl verwendbar.

(51) des ortsfesten Gehäuses (23) drehungs- Die vorliegende Erfindung setzt sich das Ziel, eine

begrenzende Vorsprünge (51a) vorgesehen sind, elektromagnetische Antriebseinrichtung für elektri-

die mit Ausnehmungen (22α) des Abtriebsteiles sehe Drehschalter zu schaffen, die geringe Reibungs-

(22) zusammenwirken. Verluste zeigt und teuere Einzelteile vermeidet, wozu

35 sie unter Beibehaltung eines zufriedenstellenden

Wirkungsgrades auch aus Kunststoff ausführbar sein

soll. Bei einer Antriebseinrichtung der eingangs

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische genannten Art wird dies dadurch erreicht, daß dem Antriebseinrichtung für elektrische Drehschalter, zur drehbaren Antriebsteil ein zweites, axial jedoch Umwandlung kurzer Anzugsbewegungen des Ankers 40 unverschiebbares drehbares Teil, das als Abtriebsteil eines elektromagnetischen Systems in Schaltschritte dient, zugeordnet ist, das ebenfalls mit mindestens des mit der Antriebseinrichtung mechanisch gekup- einer Ablaufbahn von entgegengesetzter Neigung zu pelten Drehschalters, wobei ein drehbares Antriebs- jener der ersten feststehenden Ablaufbahn versehen teil durch den Magnetanker in axialer Richtung jnd mit dem Drehschalter gekuppelt ist, und daß bewegbar und dabei über Rollen längs einer oder 45 das Antriebsteil mindestens eine weitere, an der mehrerer feststehender Ablaufbahnen um seine zweiten Ablaufbahn anliegende und auf dieser abAchse drehbar ist. Einrichtungen dieser Art sind als rollbare Rolle aufweist,
sogenannte Drehmagnete bekannt. In den Zeichnungen dient

Unter einem Drehmagneten ist demnach eine Fig. i zur Erörterung des Funktionsprinzips der

elektromagnetische Vorrichtung zu verstehen, die 50 bekannten Drehmagneten; die

kurze Anzugsbewegungsimpulse, die ein Hubmagnet F i g. 2 bis 4, letztere als Teilgrundriß im Schnitt

einem axial bewegten, den Antriebsteil vorstellenden nach Linie IV-IV der Fig. 3, erläutern das Erfin-

Anker erteilt, in eine Drehbewegung umwandelt. Die dungsprinzip;

geradlinige Bewegung des Ankers wird in der Regel Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfin-

Millimeter, die Drehbewegung soll hingegen etwa 55 dungsgeinäßen Vorrichtung im Axialschnitt.
20 bis 60° betragen. Um die Anzugsbewegung des Für die mechanischen Vorgänge der Umwandlung

Ankers in eine Drehung zu verwandeln, wirkt er der Axialbewegung des Antriebsteiles (Anker) sei

mit der Ablaufbahn zusammen, welche, obgleich sie zunächst auf Fig. 1 eingegangen. Das Antriebsteil 1

nicht eine Ebene sein muß, insgesamt eine bestimmte sei um die Achse 2 drehbar und in Richtung dieser

Neigung, d. h. HöhendiiFerenz, zwischen Anfang und 60 Achse verschiebbar. Es wirkt über Wälzkörper 3

Ende aufweist. Zwischen Anker und Abiaulbahn sind gegen das als feststellend angenommene Teil 4. Wenn

zwecks Verminderung der Reibung meist Kugeln das Antriebsteil I (Anker) sich längs der Achse nach

angeordnet. Dieser Anker ist meist gleichzeitig das unten bewegt, so weicht es nach links aus und treibt

Drehglied des Drehmagneten. damit den (nicht gezeichneten) Schalter, denn die ein-

Praktische Ausführungen solcher Drehmagnete, 65 ander gegenüberliegenden Begrenzungsflächen der

beskzen nicht bloß eine einzige geneigte Ablaufbahn, Teile 1 und 4 bilden zusammenwirkende Ablaufbah-

sondern mehrere solcher Bahnen gleicher Neigungs- nen la, 4a. Sie wirken wie schiefe Ebenen mit dem

richtung, die auf einem einzigen Antriebsteil ange- Steigungswinkel//, der Basis λ und der Höhe ft, müs-