DE1163450B

DE1163450B - Alternating current operated plunger solenoid, especially for valves

Info

Publication number: DE1163450B
Application number: DEB48750A
Authority: DE
Inventors: Emil Strittmatter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-04-30
Filing date: 1958-04-30
Publication date: 1964-02-20

Description

Mit Wechselstrom betriebener Tauchanker-Elektromagnet, insbesondere für Ventile Die Erfindung betrifft einen mit Wechselstrom betriebenen Tauchanker-Elektromagnet mit einer Zug- und Haltespule, wie er mit besonderem Vorteil für bestimmte Aufgaben bei elektromagnetisch betätigten Ventilen verwendet werden kann.Alternating current operated plunger solenoid, in particular for valves The invention relates to an alternating current operated plunger solenoid with a pulling and holding coil, as it is particularly advantageous for certain tasks can be used with solenoid operated valves.

In der Steuerungs- und Regelungstechnik wird oftmals gefordert, daß ein elektromagnetisches Ventil mit einem besonderen Impuls geöffnet wird. Nach Verlöschen des Signals bleibt das Ventil von einem anderen Stromkreis aus geöffnet. Bei Ausfall dieser Speisespannung soll das Ventil abfallen und nicht wieder anziehen, wenn die Spannung wiederkehrt. Es bedarf dann einer erneuten Erregung mit Hilfe des vorerwähnten Signals, das entweder manuell oder automatisch gegeben wird.In control engineering it is often required that an electromagnetic valve is opened with a special pulse. After extinguishing of the signal, the valve remains open from another circuit. In the event of failure this supply voltage, the valve should drop out and not reactivate when the Tension returns. It then requires a renewed excitation with the help of the aforementioned Signal that is given either manually or automatically.

Es ist zu diesem Zweck üblich, die Magnetspule in eine sogenannte Zug- und eine Haltewicklung zu unterteilen. Die Zugwicklung ist so dimensioniert, daß sie ein für das Anziehen des Ankers genügend starkes Magnetfeld erzeugt. Da sie meist nur kurzzeitig eingeschaltet ist, braucht nur ein Teil des zur Verfügung stehenden Wickelraumes für diese Spule benutzt werden. Der restliche Wickelraum nimmt die Haltewicklung auf. Letztere ist so dimensioniert, daß sie eine genügend große Amperewindungszahl aufweist, um den Magnetkern bzw. das an ihm hängende Gestänge, oftmals gegen die Kraft einer Feder, zu halten. Sie ist hingegen nicht in der Lage, den Anker anzuziehen, wenn er abgefallen ist.For this purpose, it is common to convert the solenoid into a so-called To subdivide tension and a holding winding. The train winding is dimensioned so that it generates a strong enough magnetic field to attract the armature. There if it is usually only switched on for a short time, only part of it needs to be available standing winding space can be used for this coil. The rest of the baby changing room takes up the holding winding. The latter is dimensioned so that it has a sufficient has a large number of ampere turns in order to move the magnetic core or the rods attached to it, often against the force of a spring. On the other hand, she is unable to to tighten the anchor if it has fallen off.

Betreibt man solche Elektromagnete mit Wechselstrom, so besteht die grundsätzliche Schwierigkeit, daß die Haltewicklung dann überlastet wird, wenn der Anker durch kurzzeitige Unterbrechung der Stromversorgung abgefallen ist und die Haltespule Strom erhält. Es steigt nämlich dann die Stromstärke infolge des großen Luftspaltes bzw. durch Absinken der Selbstinduktion der Spule stark an. Eine derartige Überlastung der Haltewicklung hat oft ein Durchbrennen der Haltespule zur Folge. Andererseits kann die Haltewicklung auch nicht beliebig leistungsschwach dimensioniert werden, denn sie muß bei angezogenem Anker eine solche Zugkraft entwickeln, daß der Anker, .der in geöffnetem Zustand des Ventils belastet ist, genügend kräftig anliegt und nicht brummt. Um das Brummen zu verhindern, ist meist in der Ankerpolfläche oder in der Polfläche des feststehenden Magnetkerns ein Kurzschlußring vorgesehen. Dieser Ring stellt als kurzgeschlossene Wicklung eine weitere Belastung der Haltewicklung dar.If you operate such electromagnets with alternating current, the fundamental difficulty that the holding winding is overloaded when the Armature has dropped due to a brief interruption in the power supply and the Holding coil receives power. The current strength then increases as a result of the large Air gap or by decreasing the self-induction of the coil. Such a one Overloading the holding winding often causes the holding coil to burn out. On the other hand, the holding winding cannot be dimensioned with any low output because it must develop such a tensile force when the anchor is tightened that the armature, which is loaded when the valve is open, is sufficiently strong is present and does not hum. To prevent the humming, it is mostly in the armature pole surface or a short-circuit ring is provided in the pole face of the stationary magnetic core. As a short-circuited winding, this ring places a further load on the holding winding represent.

Es ist bekannt, daß bei Elektromagneten Nebenschlüsse zur Ableitung von magnetischen Kraftlinien angeordnet werden, mit dem Ziel, die Kraftwirkung des Magnetfeldes zu ändern und damit besonderen Bedingungen anzupassen.It is known that shunts for dissipation in electromagnets are arranged by magnetic lines of force, with the aim of the force effect of the To change the magnetic field and thus to adapt to special conditions.

Weiter ist ein Umschaltmagnet mit Tauchanker bekanntgeworden, bei welchem auf einem Trägerrohr unter Zwischenschaltung einer Eisenscheibe zwei Erregerspulen angeordnet sind, die den Tauchanker entsprechend ihrer Einschaltung in der einen oder der anderen Richtung bewegen.A changeover magnet with plunger armature has also become known at which on a support tube with the interposition of an iron disk two excitation coils are arranged, the plunger according to their activation in the one or the other direction.

Auch ist ein mit Wechselstrom betriebener Elektromagnet für Ventile bekanntgeworden, der eine Zug-und Haltespule mit einer dazwischenliegenden Eisen-Scheibe aufweist. Der feststehende Magnetkern wirkt hier mit seiner äußeren Polfläche auf einen, über ihm angeordneten Hilfsanker, der eine Schalteinrichtung betätigt, welche die Stromzufuhr zur Anzugsspule unterbricht, sobald der Anker angezogen ist, so daß der Anker weiterhin von der Haltespule in der Offenstellung des Ventils gehalten wird. Abgesehen vom relativ größeren konstruktiven Aufwand sind Ventile mit einem solchen Elektromagneten durch den zusätzlichen Mechanismus in Form von Hilfsanker und Schalteinrichtung mit Kontakten störanfällig und daher in explosionsgefährdeten Anlagen nicht zu verwenden.There is also an alternating current operated solenoid for valves became known of a pull-and-hold coil with an iron disc in between having. The fixed magnetic core acts here with its outer pole face an auxiliary armature arranged above it, which actuates a switching device which the power supply to the pull-in coil is interrupted as soon as the armature is tightened, so that the armature continues to be held by the holding coil in the open position of the valve will. Apart from the relatively greater design effort, valves are with a such electromagnets by the additional mechanism in the form of auxiliary armature and switching device with contacts susceptible to failure and therefore in potentially explosive areas Attachments not to be used.

Gegenstand der Erfindung ist ein mit Wechselstrom betriebener Tauchanker-Elektromagnet mit Rückschlußjoch, insbesondere für den Ventilantrieb, mit einer Zug- und einer Haltespule, von denen die Spule für das Anziehen des Ankers kurzzeitig Strom von einem ersten Stromkreis erhält, jedoch die Spule für das Halten des Ankers und der Last während des Betriebes dauernd von einem zweiten Stromkreis erregt ist, ferner mit einer zwischen den beiden axial hintereinanderliegenden Spulen angeordneten Eisenscheibe und mit einem in die Haltespule hineinragenden, feststehenden Magnetkern. Bei diesem Tauchanker-Elektromagnet wird nach der Erfindung ein einfacher Aufbau ohne zusätzliche Verwendung von beweglichen und störanfälligen Teilen durch die Kombination folgender Merkmale erzielt.The invention relates to an alternating current operated plunger electromagnet with yoke, especially for the valve drive, with one pull and one Holding coil, of which the coil for attracting the armature briefly receives current a first circuit, but the coil for holding the armature and the Load is continuously excited by a second circuit during operation, furthermore with one arranged between the two axially one behind the other coils Iron disc and with a fixed magnetic core protruding into the holding coil. at this plunger solenoid is a simple structure without according to the invention additional use of moving and failure-prone parts through the combination achieved the following characteristics.

a) die Eisenscheibe ist derart gegenüber dem feststehenden Magnetkern angeordnet, daß einerseits die Polfläche dieses Kerns etwa in der Ebene der der Haltespule benachbarten Eisenscheibenfläche liegt, andererseits die innere Randfläche der Eisenscheibe und die der Polfläche des Ankers benachbarte Mantelfläche im angezogenen Zustand des Ankers nahe einander gegenüberstehen; b) die Eisenscheibe steht an ihrem äußeren Rand mit dem Eisenrückschlußjoch in magnetischer Verbindung und ist so dimensioniert, daß sie einen Teil des für das Anziehen des Ankers benötigten Magnetflusses zum Ankerdurchtrittsjoch führt; c) der Anker geht bei Ausfall der Haltespannung in die Ausgangsstellung zurück, die innerhalb der Anzugsspule liegt; d) der Anker bleibt bei Wiederkehr lediglich der Haltespannung in seiner Ausgangsstellung, ohne daß die Haltespule verbrennt.a) the iron disk is opposite to the fixed magnetic core arranged that on the one hand the pole face of this core approximately in the plane of the Holding coil adjacent iron disc surface is, on the other hand, the inner edge surface of the iron disk and the jacket surface adjacent to the pole surface of the armature in the attracted State of the anchor close to each other; b) the iron disk is on hers outer edge with the iron yoke in magnetic connection and is dimensioned so that they use part of the magnetic flux required to attract the armature Anchor passage yoke leads; c) If the holding voltage fails, the armature goes into the Starting position back, which is within the pull-in coil; d) the anchor remains when it returns, only the holding voltage is in its initial position, without the holding coil burns.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung stellt einen Längsschnitt durch einen Tauchanker-Elektromagneten dar. Der feste Magnetkern 1 ist mit einem Kurzschlußring 2 versehen. Ihm steht der Arbeitsanker 3 gegenüber, der durch ein beliebiges Arbeit erforderndes System belastet sein kann. Die Belastung ist in der Zeichnung durch die Feder 4 veranschaulicht. Der Anker 3, der ; im Durchmesser etwas kleiner ist als der feste Magnetkern 1, befindet sich mit letzterem zusammen in einer Röhre 5, die dem Anker 3 zur Führung dient. Die Röhre 5 muß aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff bestehen. Der äußere magnetische Kreis schließt sich über die stirnseitigen Scheibensätze 6 und 7 sowie das Mantelpaket 8, welches den Spulensatz 10, 11 vollständig oder nur zu einem gewissen Teil umgibt. Die Pakete 6, 7 und 8 können in vorteilhafter Weise aus Dynamoblech hergestellt sein. Der Spulenkörper 9 trägt die Haltewicklung 10 und die Anzugswicklung 11. Zwischen beiden Wicklungen befindet sich eine Scheibe 12, die als magnetischer Nebenschluß wirkt. Die Haltewicklung 10 und die Anzugswicklung 11 werden jeweils durch die Litzenpaare 13 und 14 mit Strom versorgt.The invention is explained in more detail using the exemplary embodiment shown in the drawing. The drawing shows a longitudinal section through a plunger armature electromagnet. The fixed magnetic core 1 is provided with a short-circuit ring 2. Opposite it is the working anchor 3, which can be loaded by any system that requires work. The load is illustrated in the drawing by the spring 4. The anchor 3, the; is slightly smaller in diameter than the fixed magnetic core 1, is located with the latter together in a tube 5, which serves to guide the armature 3. The tube 5 must be made of magnetically non-conductive material. The outer magnetic circuit closes via the face plate sets 6 and 7 as well as the jacket set 8, which surrounds the coil set 10, 11 completely or only to a certain extent. The packs 6, 7 and 8 can advantageously be made from dynamo sheet. The bobbin 9 carries the holding winding 10 and the pull-in winding 11. Between the two windings there is a disk 12 which acts as a magnetic shunt. The holding winding 10 and the pull-in winding 11 are each supplied with current by the pairs of strands 13 and 14.

Der Tauchanker-Elektromagnet arbeitet in folgender Weise: Sobald die Anzugswicklung 11 unter Strom gesetzt wird, bildet sich ein magnetisches Feld zwischen dem festen Magnetkern 1 und dem Arbeitsanker 3 aus. Der äußere Kraftfluß schließt sich über die Pakete 6, 8 und 7. Ein geringer Anteil des Flusses geht über die Nebenschlußscheibe 12. Dieser Teilbetrag spielt insofern keine Rolle, als die Nebenschlußscheibe 12 durch einem verhältnismäßig kleinen Anteil des Gesamtflusses gesättigt ist; außerdem wirken die durch diese Scheibe hindurchgehenden Feldlinien zugkrafterzeugend auf den Arbeitsanker 3, da sie in seine obere Stirnfläche im wesentlichen mit senkrechter Komponente einmünden. Der Arbeitsanker 3 wird gegen den festen Magnetkern 1 gezogen und leistet dabei die gewünschte Arbzit. Nachdem der Strom durch die Anzugsspule 11 unterbrochen ist, erzeugt die ebenfalls eingeschaltete Haltespule 10 ein genügend starkes Magnetfeld, um den Arbeitsanker 3 gegen den festen Magnetkern 1 zu halten. Der Kurzschlußring 2 erzeugt dabei in bekannter Weise einen phasenverschobenen Kraftfluß, so daß im Nulldurchgang des Stromes immer ein eine Zugkraft entwickelndes Magnetfeld vorhanden ist. Die Nebenschlußscheibe 12 spielt im angezogenen Zustand hinsichtlich eines Beitrags zur Zugkrafterhöhung keine Rolle, weil zwischen ihrer Bohrung und dem Arbeitsanker 3 ein erheblicher Luftspalt durch die Wandung der Röhre 5 und des Spulenkörpers 9 hindurch vorhanden ist.The plunger armature electromagnet works in the following way: As soon as the pull-in winding 11 is energized, a magnetic field is formed between the fixed magnetic core 1 and the working armature 3. The external power flow closes via the packets 6, 8 and 7. A small proportion of the flow goes via the shunt disk 12. This partial amount is irrelevant insofar as the shunt disk 12 is saturated by a relatively small proportion of the total flow; In addition, the field lines passing through this disk act to generate tensile force on the working anchor 3, since they open into its upper end face with a substantially vertical component. The working anchor 3 is drawn against the fixed magnetic core 1 and performs the desired work. After the current through the pull-in coil 11 is interrupted, the holding coil 10, which is also switched on, generates a sufficiently strong magnetic field to hold the working armature 3 against the fixed magnetic core 1. The short-circuit ring 2 generates a phase-shifted flow of force in a known manner, so that when the current crosses zero, there is always a magnetic field developing a tensile force. The shunt disk 12 does not play a role in the tightened state with regard to a contribution to the increase in tensile force, because there is a considerable air gap through the wall of the tube 5 and the coil former 9 between its bore and the working anchor 3.

Wird der Strom durch die Haltespule 10 aus irgendeinem Grunde, beispielsweise durch Unterbrechung in dem Stromversorgungsnetz, unterbrochen, so fällt der Anker 3 unter der Wirkung der Belastungsfeder 4 ab. Sobald der Strom wiederkehrt, entwickelt sich ein magnetischer Fluß über den festen Magnetkern 1, das obere Blechpaket 6, den äußeren Mantel 8 und den magnetischen Nebenschluß 12. Die Induktivität ,ist dabei so groß, daß der Strom in der Spule 10 keine gefährliche Größe annimmt. Auf den Arbeitsanker 3 wirkt praktisch keine Zugkraft ein, weil sich die Feldlinien zwischen dem festen Magnetkern 1 und der Nebenschlußscheibe 12 ausbilden.If the current through the holding coil 10 is interrupted for any reason, for example due to an interruption in the power supply network, the armature 3 drops under the action of the loading spring 4 . As soon as the current returns, a magnetic flux develops over the fixed magnetic core 1, the upper laminated core 6, the outer jacket 8 and the magnetic shunt 12. The inductance is so great that the current in the coil 10 does not assume a dangerous size . Practically no tensile force acts on the working armature 3 because the field lines are formed between the fixed magnetic core 1 and the shunt disk 12.

In diesem Zustand ist die Nebenschlußscheibe 12 gesättigt, so daß bei zusätzlicher Erregung der Anzugsspule 11 die Amperewindungen dieser Spule vollständig zum Anziehen des Arbeitsankers 3 zur Verfügung stehen.In this state, the shunt disk 12 is saturated, so that with additional excitation of the pull-in coil 11, the ampere turns of this coil completely are available for tightening the working anchor 3.

Die Nebenschlußscheibe 12 ist mit einem radialen Schlitz versehen, damit sie nicht als Kurzschlußwindung die Spulen 10 bzw. 11 belastet.The shunt disk 12 is provided with a radial slot, so that it does not load the coils 10 and 11 as a short-circuit winding.

In einer anderen Ausführungsform können Zug-und Haltespule als getrennte, für sich geschlossene Spulenkörper ausgeführt werden und der magnetische Nebenschluß kann als geteilte Scheibe oder in Form von einzelnen Stegen in geeigneter Weise zwischen diesen beiden Spulen befestigt und bis an das Rohr 5 herangeführt werden.In another embodiment, pull and hold coils can be used as separate, self-contained bobbins and the magnetic shunt can be used as a split disc or in the form of individual webs in a suitable manner fastened between these two coils and brought up to the tube 5.

Claims

Claims: 1. Alternating current operated plunger electromagnet with yoke, especially for the valve drive, with a pull and a holding coil, from which the coil for attracting the armature receives briefly current from a first circuit, but the coil for holding the armature and the load is continuously excited by a second circuit during operation, furthermore with an iron disk arranged between the two axially one behind the other coils and with a stationary magnetic core protruding into the holding coil, characterized by the combination of the following features: a) the iron disk (12 ) is arranged opposite the stationary magnet core (1) in such a way that on the one hand the pole face of this core lies approximately in the plane of the iron disk surface adjacent to the holding coil (10), on the other hand the inner edge surface of the iron disk and the jacket surface adjacent to the pole surface of the armature (3) in the tightened state of the anchor close to each other he face; b) the iron disk (12) is in magnetic connection at its outer edge with the iron back yoke (8) and is dimensioned so that it leads part of the magnetic flux required for attracting the armature to the armature passage yoke (7); c) if the holding voltage fails, the armature (3) returns to the starting position which is within the pull-in coil (11); d) when the holding voltage returns, the armature (3) only remains in its initial position without the holding coil (10) burning.

2. Plunger armature electromagnet according to Claim 1, characterized in that the magnetic shunt, designed as a disk, is provided in a known manner with a radially extending slot. Documents considered: German Patent No. 818 220; German utility model No. 1683 707; Swiss Patent No. 276 846; French Patent Nos. 829175, 956 599; U.S. Patent Nos. 946 215, 1222 900, 1587 170, 1978 737, 2,442,016, 2,476,794.