DE1464896C

DE1464896C - Plunging armature electromagnet

Info

Publication number: DE1464896C
Application number: DE19641464896
Authority: DE
Inventors: Rudolf Zürich Diener (Schweiz). HOIl 11-10
Original assignee: Eldima AG, Zürich (Schweiz)
Priority date: 1963-07-08
Filing date: 1964-06-30
Publication date: 1973-09-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tauchanker-Elektromagnet, an dessen Ankergegenpol mindestens eine Ringrippe von trapezförmigem Querschnitt angeformt ist und dessen Ankerpol mindestens eine komplementäre Ringnut von trapezförmigem Querschnitt hat.The invention relates to a plunger armature electromagnet, at the armature counter pole at least an annular rib of trapezoidal cross-section is formed and its armature pole at least has a complementary annular groove of trapezoidal cross-section.

Es ist bekannt, einen zylindrischen Ankerpol mit einem hohlzylindrischen Ankergegenpol in einem Elektromagneten zusammenwirken zu lassen, wobei der Ankerpol am Stirnende sich trapezförmig verjüngen kann und in eine komplementäre Trapezöffnung seines Ankergegenpols im Betriebsfall hineingezogen wird (Patentschrift Nr. J.5 575 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin). Weiterhin ist es bekannt, bei einem Tauchanker-Elektromagneten einen hülsenförmigen Ankerpol an seinem. Arbeitsende hohlkegelförmig zu gestalten und zur Veränderung der Hubkraftcharakteristik darin einen zylindrischen Ankerteil verschraubbar anzuordnen, wobei der Ankergegenpol entsprechend kegelförmig gestaltet ist und eine zylindrische zentrale Ausnehmung aufweist (deutsche Patentschrift 847 465). Bei diesen bekannten Elektromagneten wird lediglich angestrebt, - bei einer bestimmten Erregung eine gewünschte Hubkraftcharakteristik zu erzielen, wobei die Kraft allenfalls in einem gewissen Hubbereich konstant sein soll. Die Abhängigkeit der Zugkraft von der Erregung ist nicht angesprochen. Ausgehend von den gegebenen Abmessungen und der erforderlichen Leistungsaufnahme ist ferner als nachteilig die verhältnismäßig geringe Zugkraft dieser Elektromagneten anzusehen.It is known to have a cylindrical armature pole with a hollow cylindrical armature counter pole in one To allow electromagnets to work together, the armature pole tapering trapezoidally at the front end can and pulled into a complementary trapezoidal opening of its armature counter pole during operation (Patent No. J.5 575 of the Office for Invention and Patents in East Berlin). Farther it is known to have a sleeve-shaped armature pole on its plunger armature electromagnet. To design the working end in the shape of a hollow cone and to change the lifting force characteristics in it to arrange cylindrical armature part screwable, with the armature counter pole correspondingly conical is designed and has a cylindrical central recess (German patent 847 465). at These known electromagnets are only aimed at - at a certain level of excitation a desired one To achieve lifting force characteristics, the force at most in a certain stroke range should be constant. The dependence of the tensile force on the excitation is not addressed. Outgoing of the given dimensions and the required power consumption is also disadvantageous consider relatively low pulling force of this electromagnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tauchanker-Elektromagneten bei gegebener Leistungsaufnahme mit möglichst hoher Zugkraft zu versehen, welche in einer eindeutigen, nahezu linearen Beziehung zur Erregung des Elektromagneten steht.The invention is based on the object of providing a plunger-type electromagnet with a given power consumption to provide the highest possible tensile force, which in a clear, almost linear Relationship to the excitation of the electromagnet.

Dies wird bei einem Tauchankermagneten der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß Ankergegenpol und Ankerpol eine hohlzylindrische Grundform haben und daß die an deren jeweils kreisringförmiger Stirnfläche vorgesehene Ringrippe bzw. Ringnut in ihrem trapezförmigen Querschnitt derart ausgebildet ist, daß die Basisfläche der Ringrippe gleich der Summe der seitlichen . Ringflächen der Nut (Kegelstumpf-Mantelflächen) istIn the case of a plunger magnet of the type mentioned at the outset, this is achieved in that according to the invention Anchor pole and anchor pole have a hollow cylindrical basic shape and that the other each circular ring-shaped end face provided annular rib or annular groove in their trapezoidal Cross-section is designed such that the base area of the annular rib is equal to the sum of the lateral . Annular surfaces of the groove (truncated cone surface areas) is

ίο und die seitlichen Ringflächen der Nut jeweils gleich dem kreisringförmigen Querschnitt sind, der am Grunde der Nut zwischen dieser und der äußeren bzw. inneren Zylinderfläche des Ankerpols besteht. Damit ist es gelungen, eine überraschende Steigerung der Zugkraft solcher Elektromagnete zu erzielen, obwohl man gleiche geometrische Abmessungen beibehält und für gleiche elektrische Leistungsaufnahme sorgt. Die Steigerung der Zugkraft gegenüber bisher üblichen Elektromagneten beträgt bei vergleichbaren Dimensionen und gleicher elektrischer Leistungsaufnahme etwa 100 %.ίο and the lateral ring surfaces of the groove are the same in each case are the circular cross-section that is at the bottom of the groove between this and the outer or inner cylindrical surface of the armature pole. This is a surprising increase to achieve the pulling force of such electromagnets, although one maintains the same geometric dimensions and ensures the same electrical power consumption. The increase in traction compared to before common electromagnets with comparable dimensions and the same electrical power consumption about 100%.

Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, daß bei der angegebenen Dimensionierung von Ankerpol und Ankergegenpol die Zugkraft bei allen Erregungen auf dem ganzen Ankerwege praktisch konstant bleibt, während bei üblichen Elektromagneten diese Kraft erheblich, z. B. im Verhältnis 3 : 5 oder noch mehr, schwankt und allenfalls nur bei einer einzigen Erregungsstärke eine geringere Schwankung erzielt werden kann. Aus der Lagenunabhängigkeit der Zugkraft bei konstanter Erregung ergibt sich ferner eine eindeutige Beziehung zwischen Zugkraft und Erregung, wobei diese Beziehung in weiten Grenzen . praktisch linear ist. Der Elektromagnet eignet sich , daher vorzüglich zum Einbau in Reguliervorrichtungen, z. B. Regulierventile, in Bremsvorrichtungen, Prüfvorrichtungen u. dgl.Particularly advantageous is the fact that with the specified dimensioning of armature pole and Counter pole of the anchor, the tensile force practically constant for all excitations along the entire anchor path remains, while with conventional electromagnets this force is considerable, z. B. in the ratio 3: 5 or even more more, fluctuates and at most only achieves a smaller fluctuation with a single level of excitation can be. The position independence of the tensile force with constant excitation also results in a unambiguous relationship between traction and excitement, this relationship being within wide limits . is practically linear. The electromagnet is therefore particularly suitable for installation in regulating devices, z. B. regulating valves, in braking devices, test devices and the like.

Für die praktische Bemessung der Elektromagnete erwies es sich ferner als sehr zweckmäßig, die kreisringförmige Querschnittsfläche des Ankergegenpols in an sich bekannter Weise annähernd doppelt so groß auszubilden wie die kreisförmige Querschnittsfläche der Ringrippe in deren halber Höhe: For the practical dimensioning of the electromagnets it also proved to be very useful to use the circular ring-shaped one Cross-sectional area of the armature counter pole, in a manner known per se, approximately twice as much as large as the circular cross-sectional area of the ring rib at half its height:

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt ■'.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows ■ '.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Tauchanker-Elektromagneten nach der Erfindung und .- Fig. 1 is a longitudinal section through a plunger electromagnet according to the invention and .-

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die einander gegenüberliegenden Stirnflächen von Ankerpol undF i g. 2 shows a longitudinal section through the mutually opposite End faces of anchor pole and

So Ankergegenpol.in größerem Maßstab. " "*'"-""' "'<So anchor opposite pole on a larger scale. "" * '"-" "'" '<

Der, Elektromagnet weist einen zylindrischen Ankergegenpol 1 aus Weicheisen auf, der an einem Ende mit einem Flansch 2 versehen ist, dessen Peripherie eines der Enden eines zylindrischen Mantels 3 von innen berührt. Das andere Ende des Mantels 3 umschließt einen Rückschlußdeckel 4, der ein zentrales Loch aufweist, durch ^welches eine Zugstange 6 hindurchgeht. Das innere Ende der Zugstange 6 ist mit einem zylindrischen Ankerpol 7 fest verbunden, der gleichen Außendurchmesser hat wie der Ankergegenpol 1. Der Mantel 3, der Deckel 4 und der Ankerpol 7 bestehen aus Weicheisen und bilden einen magnetischen Kreis, der bis auf einen Luftspalt si zwischen Ankerpol 7 und Ankergegenpoll sowie die Luftspaltes2 und s3 zwischen dem Ankerpol 7 und dem Deckel 4 in ferromagnetischem Material verläuft.The electromagnet has a cylindrical counter pole 1 made of soft iron, which is provided at one end with a flange 2, the periphery of which touches one of the ends of a cylindrical jacket 3 from the inside. The other end of the jacket 3 encloses a return cover 4 which has a central hole through which a pull rod 6 passes. The inner end of the tie rod 6 is firmly connected to a cylindrical armature pole 7, which has the same outer diameter as the armature counter pole 1. The jacket 3, the cover 4 and the armature pole 7 are made of soft iron and form a magnetic circuit that apart from an air gap si between the armature pole 7 and the armature counterpoll and the air gaps s2 and s3 between the armature pole 7 and the cover 4 in ferromagnetic material.

Im Luftspalt s 2, der sich zwischen der unterenIn the air gap s 2, which is between the lower

^ ■-^;;--;:\-f.^:'-v3 ·:■■·■■■■ ■;;. - ;. ; 4 . ■ . . ■^ ■ - ^; ; -;: \ - f. ^: '- v3 ·: ■■ · ■■■■ ■ ;;. - ;. ; 4th ■. . ■

Stirnfläche des Ankerpols 7 und dem dazu parallelen Zur Verdeutlichung der Basis der Erfindung Teil des Deckels 4 befindet, ist eine Ringscheibe 8 können die folgenden Überlegungen dienen. Zu den aus nicht magnetisierbarem Material angeordnet, Beziehungen 1 bis 3 gelangt man, ausgehend von welche verhindert, daß der Luftspalt s2 die darge- der Erkenntnis, daß im Luftspalt si die Kraftlinienstellte, minimale Breite unterschreitet. Im Luftspalt 5 dichte zwischen den einander gegenüberliegenden i3, der sich zwischen dem unteren Teil·des äußeren Kegelstumpf-Mantelflächen der Ringrippe 15 und der Umfangs des Ankerpols 7 und einem ihn umgeben- Ringnut 16 am größten ist, mit der Forderung, daß den Teil des Deckels 4 befindet, ist eine ebenfalls der an dieser Stelle durch die Flächen F₃ und F₄ geaus. nicht magnetisierbarem Material bestehende hende magnetische Fluß weder im Ankerpol7 noch Buchse 9 angeordnet, in welcher der Ankerpol 7 ge- ίο im Ankergegenpol 1 an irgendeiner Stelle, weder bei führt ist. Zur Führung des Ankers .7 dient ferner F_G und F₅, noch bei F₇, auf eine kleinere Fläche einnoch ein in der Achse des Elektromagneten liegender geengt werden darf als in diesen Flächen F₃ und F₄. Bolzen 10 aus nicht magnetisierbarem Material, des- Andererseits wird davon ausgegangen, daß es Platzsen unteres Ende von leicht verringertem Durch- und Materialverschwendung bedeuten würde, wenn messer fest mit diesem Anker 7 verbunden ist, wäh- 15 man F₅, F₆ und F₇ größer machen würde, als es die rend sein oberes Ende von leicht vergrößertem obigen Beziehungen fordern. Die obenerwähnte BeDurchmesser in einer zentralen Sackbohrung 11 des ziehung 4 erwies sich bei der praktischen Bemessung Ankergegenpols 1 geführt ist. . dieses Elektromagneten als äußerst zweckmäßig. AusThe end face of the armature pole 7 and the part of the cover 4 that is parallel to it, to clarify the basis of the invention, is an annular disk 8, the following considerations can be used. Relationships 1 to 3, which are arranged from non-magnetizable material, are obtained, starting from which prevents the air gap s 2 from falling below the minimum width shown that the lines of force in the air gap si represent the minimum width. In the air gap 5 there is a seal between the opposing i3, which is greatest between the lower part of the outer frustoconical surface of the annular rib 15 and the circumference of the armature pole 7 and an annular groove 16 surrounding it, with the requirement that the part of the Lid 4 is located, one is also geaus _{at this point through the surfaces F 3} and F _4. Non-magnetizable material existing existing magnetic flux arranged neither in the armature pole 7 nor in the socket 9, in which the armature pole 7 is in the armature opposite pole 1 at any point, neither in. _{F G} and F ₅ also serve to guide the armature .7, still at F ₇ , and can be narrowed to a smaller area in the axis of the electromagnet than in these areas F ₃ and F ₄ . Bolt 10 made of non-magnetizable material, on the other hand it is assumed that it would mean bursting lower end of slightly reduced through and material waste if knife is firmly connected to this armature 7, while F ₅ , F ₆ and F ₇ would make it bigger than the rend's upper end of the slightly enlarged relationships above would require. The above-mentioned BeDurchmesser in a central blind hole 11 of the draw 4 was found in the practical dimensioning of the armature counter pole 1 is guided. . this electromagnet as extremely useful. Out

In dem zwischen dem Ankergegenpol 1 und dem diesen Beziehungen 1 bis 4 erhält man in der PraxisIn the area between the armature opposite pole 1 and these relationships 1 to 4 are obtained in practice

Ankerpol 7 einerseits und dem Mantel 3 andererseits 20 meist eine Nutentiefe, die etwa gleich dem zehntenArmature pole 7 on the one hand and the jacket 3 on the other hand 20 usually have a groove depth that is approximately equal to the tenth

vorhandenen, in Axialrichtung durch den Flansch 2 Teil des Ankerpol- bzw. Ankergegenpol-Außen-existing, in the axial direction through the flange 2 part of the armature pole or armature opposite pole outer

und den Deckel 4 begrenzten Hohlraum ist eine Er- durchmessers ist.and the cavity delimited by the cover 4 is an er diameter.

regerwicklung 12 untergebracht, welche auf ein mit Ein erfindungsgemäßer Elektromagnet der vorer-Flanschen 13 versehenes Spu.lenrohr 14 aufgebracht wähnten Gestaltung mit einem Durchmesser von ist. Von der dem Ankerpol 7 gegenüberliegenden, 25 100 mm und einer Länge von 120 mm würde bei ebenen Stirnfläche des Ankergegenpols 1 ragt eine der jeweils nachfolgend angegebenen Gleichstromringförmige Rippe 15 von trapezförmigem Quer- erregung die folgende Zugkraft aufweisen: schnitt vor, der eine ringförmige Nut 16 gleichen _{etwa 25 kg bei 2000 Amper}ewindungen Querschnitts gegenübersteht, die in der betreffen- ■ ° ^r den, im übrigen ebenfalls ebenen . Stirnfläche des ₃₀ etwa 35 kg bei 2500 Amperewindungen Ankerpols 7 vorgesehen ist. etwa 45 kg bei 3000 AmperewindungenExcitation winding 12 housed, which is applied to a coil tube 14 provided with an inventive electromagnet of the front flanges 13 with a diameter of. From the armature pole 7 opposite, 25 100 mm and a length of 120 mm, with a flat end face of the armature counter pole 1, one of the following DC ring-shaped ribs 15 of trapezoidal transverse excitation would have the following tensile force: Cut in front of an annular groove 16 equal _{about 25 kg at 2000 amperes} ewindungen cross section faces which the also planar in the person concerned ■ ° ^r otherwise. End face of _{30 is} about 35 kg at 2500 ampere-turns Ankerpols 7 is provided. about 45 kg at 3000 ampere turns

Gemäß F i 2.2 der Zeichnung selten folgende Be- ^_n , . . ,„„„ , . ,According to F i 2.2 the drawing rarely following operations ^, _n. . , """,. ,

zeichnungen· , . · etwa 60 kg bei 4000 Amperewindungen.drawings· , . · About 60 kg at 4000 ampere turns.

F₁ ist die Fläche des kreisringförmigen Querschnitts Bei einer Leistungsaufnahme von 40 Watt betrug des. Ankergegenpols 1; ■ 35 die Arbeitsleistung etwa 30 cm/kg. Bei Abweichung F₂ ist die Fläche des kreisringförmigen Querschnitts von den angegebenen Dimensionsbeziehungen 1 bis 4 der ringförmigen Rippe 15 in ihrer halben Höhe; verringert sich die Zugkraft des Elektromagneten F₃ ist die äußere Kegelstumpf-Mantelfläche der ring- sehr rasch, so daß eine Toleranz von +10% in dieförmigenNutlö; . : sen Beziehungen nicht überschritten werden sollte. F₄ ist die innere Kegelstumpf-Mantelfläche der ring- 40 Es sei noch erwähnt, daß gegen Ende der Ankerförmigen Nut 16; " bewegung, also bei sehr kleinem Luftspalt si, zwar F₅ ist die Fläche des äußeren kreisringförmigen ein erheblicher Teil des gesamten magnetischen Querschnitts des Ankerpols 7, welche sich an Flusses nicht mehr durch die Flächen F₃ und F₄ λ den Boden der Nut 16 bis zur Zylinderaußen- hindurchgeht, daß aber dann die Kraftliniendichte fläche anschließt; ; ~/ 45 sehr stark abnimmt, während andererseits die spe-F₆ ist die Fläche des inneren, kreisringförmigen zifische Anziehungskraft dem Quadrat der Kraft-Querschnitts des Ankerpols 7, welche sich im liniendichte proportional ist. Die Versuche zeigen, Anschluß an den Boden der Nut 16 bis zur daß bei Einhaltung obiger Beziehungen diese beiden inneren Zylinderfläche anschließt; "■_ > "; Effekte sich praktisch kompensieren. ,F₇ ist die Fläche des kreisringförmigen Querschnitts 50 Es versteht sich, daß gleich gute Ergebnisse auch der ringförmigen Rippe 15 an ihrer Basis. erzielt werden könnten, wenn der Ankerpol 7 und Nach der Erfindung werden nun die vorerwähnten ^der Ankergegenpol 1 ihre Funktion miteinander verFlächen nach folgenden Beziehungen gestaltet: ' tauschen wurden Ferner konnte man auch mehrereF ₁ is the area of the circular cross-section. At a power consumption of 40 watts, the armature counter pole was 1; ■ 35 the work performance about 30 cm / kg. If there is a deviation F ₂ , the area of the circular cross-section from the specified dimensional relationships 1 to 4 of the annular rib 15 is half its height; If the tensile force of the electromagnet F ₃ is reduced, the outer truncated cone surface of the ring is very quickly so that a tolerance of + 10% in the shapedNutlö; . : sen relationships should not be exceeded. F ₄ is the inner truncated cone surface of the ring 40 It should also be mentioned that towards the end of the anchor-shaped groove 16; "movement, so with a very small air gap si, although F ₅ is the area of the outer circular ring-shaped a considerable part of the total magnetic cross section of the armature pole 7, which is no longer flow through the areas F ₃ and F ₄ λ the bottom of the groove 16 to Zylinderaußen- passes, but that then the force line density area adjoins;; ~ 45 greatly decreases /, while on the other hand, the spe-F ₆ is the surface of the inner, annular-specific attraction of the square of the power section of the Ankerpols 7, which is the experiments is in line density proportional show connection to the bottom of the groove 16 to that in compliance with the above relationship, these two inner cylindrical surface is joined; ". ■ _>"; effects are compensated practically, F _7, the area of the annular cross-section 50th It goes without saying that equally good results could also be achieved with the annular rib 15 at its base if the armature pole 7 and According to the invention w Ground now the aforementioned Ankergegenpol ^the one their function verFlächen each other according to the following relationships designed: were 'swap Furthermore it was also more

, · komplementäre Ringnppen und Ringnuten am An-, · Complementary annular knobs and annular grooves at the

1· ^3 ⁼ F5 55 kerpol und Gegenankerpol anbringen. Diese beiden1 ^ 3 ⁼ F5 55 attach kerpol and counter anchor pole. These two

• ' 1 2.F=F Pole müssen dann in Paare von koaxialen hohlzy-• '1 2.F = F poles must then be in pairs of coaxial hollow

*_ ^β C lindrischen Elementen aufteilbar sein, die dem* _ ^β C to be divisible to the elements of the cylinder

*' ¹¹T ~ ^a*"** :\ '..■■■ Ankergegenpol 1 und dem Ankerpol 7 von Fig. * ^'11 T ~ ^ a * "** : \' .. ■■■ armature opposite pole 1 and the armature pole 7 of Fig.

4.· F₁ = 2-F₂ . - :. entsprechen.4. F ₁ = 2-F ₂ . -:. correspond.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Plunger armature electromagnet, on whose armature counter pole at least one annular rib of trapezoidal cross-section is formed and whose armature pole has at least one complementary annular groove of trapezoidal cross-section, characterized in that armature counter pole (1) and armature pole (7) have a hollow cylindrical basic shape and that the whose annular rib (15) is provided in each case in the form of an annular end face. or annular groove (16) is designed in its trapezoidal cross-section in such a way that the base surface of the annular rib (F.) is equal to the sum of the lateral annular surfaces (F ₃ , F ₄ ) of the groove (truncated cone jacket surfaces) and that the lateral annular surfaces ( F ₃ or F ₄ ) of the groove each

. because they are equal to the circular cross-section that exists at the bottom of the groove between this and the outer (F ₅ ) or inner (F ₀ ) cylindrical surface of the armature pole.

2. Plunger armature electromagnet according to claim 1, characterized in that the circular cross-sectional area (F ₁ ) of the armature counter pole (1) in a "known manner is approximately twice as large as the circular cross-sectional area (F ₂ ) of the annular rib (15) in half their height.