DE2013051A1 - Electromagnet for regulating purposes - Google Patents
Electromagnet for regulating purposesInfo
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Description
Elektromagnet fUr Regeizwecke Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten fUr Regelzwecke, Elektromagnete fUr Regelzwecke, sog. Regelmanete, werden als Stellglieder in Steuer- und Regelkreisen eingesetzt. Electromagnet for Regulating Purposes The invention relates to an electromagnet for control purposes, Electromagnets for regulating purposes, so-called regulating devices, are used as actuators in control and regulation loops.
Ihre Aufgabe besteht darin, beispielsweise ein Ventil für eine Flüssigkeit in Abhängigkeit des auf den Elektromagneten wirkenden Erregerstroms zu steuern.Your task is, for example, a valve for a liquid to be controlled as a function of the excitation current acting on the electromagnet.
Da der materielle und volumenmäßige Aufwand der elektrischen und elektronischen Ansteuerüngen im wesentlichen von der Stromaufnahme des Regelniagneten abhängt, ist es wesentlich, daß die Stromaufnahme des Magnèten im Verhältnis zu seiner Magnetkraft klein ist. Durch kleine Ströme sollen also sehr große Kräfte erhalten werden.Since the material and volume expenditure of the electrical and electronic Control depends essentially on the power consumption of the control system, it is essential that the current consumption of the magnet in relation to its magnetic force is small. So very large forces are supposed to be obtained through small currents.
Um weiter einen Regelmagneten der beschriebenen Art möglichst universell einsetzen zu können, ist es eine Grundbedingung, daß zwischen dem Erregerstrom einerseits und der Magnetkraft bzw, auch dem Hub andererseits eine Proportionalität besteht.To continue a control magnet of the type described as universal as possible to be able to use, it is a basic condition that between the excitation current on the one hand and the magnetic force or, on the other hand, also the stroke, there is a proportionality.
Abweichungen hiervon, die bedingt sind durch die gekrümmte Magnetisierungskennlinie des verwendeten Magneteisens und durch die Hysterese, sowie durch die Lagerreibung und die Fertigungsungenautgkeit der einzelnen Magnetteile, sollen in engsten Grenzen gehalten werden.Deviations from this, which are due to the curved magnetization characteristic the magnetic iron used and the hysteresis, as well as the bearing friction and the manufacturing inaccuracy of the individual magnetic parts should be kept within the narrowest limits being held.
Die Forderung nach möglichst minimaler Liniearitätsabweichung und minimaler Hysterese und nach einem günstigen Verhältnis der Magnetkraft zum Erregerstrom bedingt eine hohe Präzision aller Bauteile des Magneten. Der hohe Herstellungsaufwand begrenzt aber wiederum die Sinsatzmdglichkeiten, Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Elektromagneten für Regelzwecke zu schaffen, der sich r die Steuerung von Flüssigkeiten, insbesondere auch bei hohem Druck, eignet, der große Stellkräfte bei kleiner elektrischer Leistung ergibt und der insbesondere auch die Forderung nach Linearität zwischen Erregerstrom und Magnetkraft bzw. Magnethub erfüllt. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Magneten dieser Art derart auszubilden, daß die Herstellung auch bei mäßigem Aufwand möglich ist.The requirement for the minimum possible linearity deviation and minimal hysteresis and a favorable ratio of magnetic force to excitation current requires high precision of all components of the magnet. The high manufacturing costs but again limits the possible uses, It is an aim of the invention, to create an electromagnet for control purposes, which is r the control of Liquids, especially at high pressure, are suitable, the great Actuating forces at low electrical power results and in particular also the Requirement for linearity between excitation current and magnetic force or magnetic stroke fulfilled. Another object of the invention is to provide a magnet of this type to train that the production is possible even with moderate effort.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Elektromagnet für Regelzwecke in zylindrischer Bauweise und schlägt die Kombination folgender Merkmale vor: a) Der Anker ist in einem Ankerraum beweglich, der von einem druckdicht ausgebildeten und eingesetzten Ankerrohr umgeben ist, wobei die Magnetspule oder die Magnetspulen das Ankerrohr umgeben, b) das Ankerrohr besteht aus mehreren dicht miteinander verbundenen Ringen aus magnetisierbarem und nicht magnetisierbarem Werkstoff, c) die Luftspalte des Ankers sind durch mindestens einen Permanentmagneten vormagnetisiert, d) der magnetische Kreis des Permanentmagneten stimmt übereinmit dem magnetischen Kreis der Magnetspule, e) die Permanentmagnete sind Rotationskörper und rotationssymmetrisch magnetisiert, f) der Anker besitzt Axial-Gleitlager außerhalb des magnetischen Kreises,wobei-mindestens ein Lagerteil aus nicht magnetisierbarem Werkstoff besteht.To solve this problem, the invention is based on an electromagnet for control purposes in a cylindrical design and suggests the combination of the following Features above: a) The armature is movable in an armature space which is pressure-tight from a trained and inserted armature tube is surrounded, the solenoid or the magnetic coils surround the armature tube, b) the armature tube consists of several tightly interconnected rings made of magnetizable and non-magnetizable material, c) the air gaps of the armature are premagnetized by at least one permanent magnet, d) the magnetic circuit of the permanent magnet coincides with the magnetic one Circle of the magnetic coil, e) the permanent magnets are bodies of revolution and are rotationally symmetrical magnetized, f) the armature has axial slide bearings outside the magnetic circuit, where-at least a bearing part consists of a non-magnetizable material.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird eine sehr kompakte Bauweise erhalten. Die äußeren Abmessungen des erfindungsgemäßen Regelmagneten sind gering. Die druckdichte Ausbildung ermöglicht den Einsatz auch bei hohen Drücken. Die erfindungsgemäße Konstruktion ist diesen Beanspruchungen gewachsen.The design according to the invention results in a very compact design obtain. The external dimensions of the regulating magnet according to the invention are small. The pressure-tight design enables use even at high pressures. The inventive Construction is up to these demands.
Die Vormagnetisierung ergibt bei geringer elektrischer Leistung hohe Kräfte, was wiederum gerade beim Einsatz für hohe Drücke notwendig ist.The premagnetization results in high at low electrical power Forces, which in turn is necessary when used for high pressures.
Die Anordnung besonderer Axial-Gleitlager außerhalb des magnetischen Kreises ergibt eine gute axiale Beweglichkeit des Ankers, was Voraussetzungfür die Linearität ist.The arrangement of special axial plain bearings outside the magnetic Circle results in good axial mobility of the armature, which is a prerequisite for the Linearity is.
Magnetische Kräfte beeinflussen die Lagereigenschaften nicht.Magnetic forces do not affect the bearing properties.
Die Anordnung besonderer Axial-Gleitlager erleichtert die Ausbildung der Lagerflächen.The arrangement of special axial slide bearings facilitates the training of the storage areas.
Besonders günstig ist es, wenn bei der Erfindung mindestens ein Lagerteil in der Lagerfläche Ringnuten aufweist. Dadurch werden QuerkrEfte ausgeschlossen, die sonst bei den im Ankerraum herrschenden, hohen Drücken auftreten können, vor allem dann, wenn auf ein möglichst geringes Spiel im Lager geachtet wird. Querkräfte würden aber die Beweglichkeit des Ankers unkontrolliert verändern.It is particularly favorable if, in the invention, at least one bearing part has annular grooves in the bearing surface. This eliminates lateral forces which can otherwise occur at the high pressures prevailing in the armature space especially when attention is paid to the least possible play in the bearing. Lateral forces but would change the mobility of the anchor in an uncontrolled manner.
Diese und weitere für die Erfindung gleich wertvolle Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind.These and other features that are equally valuable for the invention result can be derived from the following description of the exemplary embodiments in the drawing are shown.
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Elektromagneten für Regelzwecke und Fig. 2 - 4 Längsschnitte durch abgewandelte Ausführungsbeispiele nach der Erfindung.Show it: Fig. 1 is a longitudinal section through an embodiment an electromagnet for control purposes and Fig. 2-4 longitudinal sections through modified ones Embodiments according to the invention.
In einem zylindrischen Mantel 1 ist im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1, aber in grundsätzlich ähnlicher Weise auch in den anderen Ausführungsbeispielen, durch Kerbstifte 2 ein Einsatz angeordnet, der im wesentlichen aus den Magnetspulen, dem Permanentmagneten, dem Ankerrohr und den Kerndeckeln besteht.In a cylindrical shell 1 is in the embodiment according to Fig. 1, but in a fundamentally similar manner also in the other exemplary embodiments, by grooved pins 2 an insert is arranged, which essentially consists of the magnetic coils, the permanent magnet, the armature tube and the core covers.
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 ist das Ankerrohr aus den zylindrischen Ringen 3, 4 und 5 aufgebaut, die miteinander durch Schweißnähte verbunden sind. Der Ring 4 besteht dabei aus magnetisierbarem Werkstoff, während die Ringe 3 und 5 aus nicht magnetisierbarem Werkstoff, insbesondere aus nichtrostendem, austenitischem Stahl bestehen.In the embodiment according to FIG. 1, the anchor tube is from the cylindrical Rings 3, 4 and 5 built, which are connected to each other by welds. The ring 4 consists of magnetizable material, while the rings 3 and 5 made of non-magnetizable material, in particular made of stainless, austenitic Made of steel.
Dieses Aniterrohr ist mit seinen Enden 6 und 7 mit den Kerndeckeln 8!und 9 verschweißt, in welche Kerndeckel die Kerbstifte 2 eingreifen -Auf den R ng 4 ist vor der Verschweißung mit dem zweiten Kerndeoke der ring£drmige Permanentmagnet 10 aufgeschoben, wobei die er Permanentmagnet in radialer Richtung magnetisiert ist dergestalt, daß beispielsweise der Nordpol an der InnenflAche und der Südpol an der Außenfläche angeordnet ist.This Aniterrohr is with its ends 6 and 7 with the core covers 8! And 9 are welded into which core covers the grooved pins 2 engage -On the R Before welding to the second core deoke, ng 4 is the ring-shaped permanent magnet 10 pushed on, the permanent magnet he magnetized in the radial direction is such that, for example, the north pole on the inner surface and the south pole is arranged on the outer surface.
Durch die vorbeschriebene Anordnung werden zwischen den beiden Kerndeckeln 8 und 9 und dem Permanentmagneten je Aufnahmeräume erhalten, auf die Magnetspulen 11 und 12 aufgewickelt werden. Besondere Spulenkörper sind hierfür nicht notwendig, so daß der vorhandene Platz gut ausgenützt werden kann.Due to the arrangement described above, between the two core covers 8 and 9 and the permanent magnet received each receiving space on the magnet coils 11 and 12 are wound up. Special bobbins are not necessary for this, so that the available space can be used well.
Während der Kerndeckel 9 einstückig ausgebildet ist, trägt der Kerndeckel 8 ein entfernbares Polstück 13, so daß der Ankerraum 14 innerhalb des Rohres aus den Teilen 3, 4 und 5 für den Einbau des Ankers 15 zugänglich ist.While the core cover 9 is formed in one piece, the core cover carries 8 a removable pole piece 13, so that the armature space 14 from within the tube the parts 3, 4 and 5 for the installation of the anchor 15 is accessible.
Der Anker 15 trägt an beiden Enden je einen Lagerzapfen 16, welche im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 voneinander getrennt und in entsprechende Bohrungen des Ankers 15 eingesetzt sind. Diese Lagerzapfen 16 bestehen entsprechend der Erfindung aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl. In dem Lagerzapfen sind Längsnuten 17 sowie Ringnuten 18 angeordnet. Die Längsnuten 17 kommunizieren mit den Längsnuten 19 an der Außenfläche des Ankers, so daß die Räume an den Stirnseiten des Ankers untereinander in Verbindung sind.The armature 15 carries a bearing pin 16 at each end, which in the embodiment of FIG. 1 separated from each other and in corresponding Bores of the armature 15 are used. These journals 16 are made accordingly of the invention from a non-magnetizable material, such as stainless Stole. Longitudinal grooves 17 and annular grooves 18 are arranged in the bearing journal. the Longitudinal grooves 17 communicate with the longitudinal grooves 19 on the outer surface of the armature, so that the spaces on the front sides of the anchor are connected to one another.
Die Ringnuten 18 haben die Aufgabe einer gleichmäßigen Druckverteilung auf dem Umfange des Lagerzapfens 16, um Querkräfte als Folge des inneren Überdruckes zu eliminieren.The annular grooves 18 have the task of evenly distributing pressure on the circumference of the journal 16 to avoid transverse forces as a result of the internal overpressure to eliminate.
Die Lagerzapfen 16 gleiten in Lagerbüchsen 20, die beispielsweise aus Stahl bestehen. Sie Büchsen 20 sind in den Kerndeckel 9 bzw. in das Polstück 13 eingesetzt.The journal 16 slide in bearing bushes 20, for example made of steel. You sockets 20 are in the core cover 9 or in the pole piece 13 used.
Sowohl das Polstück 13 als auch der Kerndeckel 9 nehmen ferner eine Justier- und Zentriereinrichtung auf, die nachstehend näher beschrieben wirt In je ein Gewinde 22 ist die Justier- und Zentrierschraube 23 eingeschraubt, die in einer bestimmten Stellung durch die Madenschraube 24 fixiert werden kann. An der Justier-bzw. Zentrierschraube 23 stützt sich je eine Schraubenfeder 25 ab, deren anderes Ende auf einem Zentrieransatz des Lager-, zapfens 16 abgestützt ist.Both the pole piece 13 and the core cover 9 also take a Adjusting and centering device, which is described in more detail below In The adjusting and centering screw 23 is screwed into each thread 22, which in can be fixed in a certain position by the grub screw 24. At the Adjustment or Centering screw 23 is supported by a helical spring 25, whose the other end on a centering shoulder of the bearing, pin 16 is supported.
Die Einrichtungen im Kerndeckel 9 bzw. im Polstück 13 sind zueinander völlig symmetrisch und es ist klar, daß durch die Justier- und Zentrierschraube 23-eine exakte Justierung des Ankers 15 in der Ausgangs- bzw. Mittellage möglich ist.The devices in the core cover 9 and in the pole piece 13 are mutually exclusive completely symmetrical and it is clear that through the adjusting and centering screw 23-an exact adjustment of the armature 15 in the starting or middle position is possible is.
Geringfügige Ungenauigkeiten in der Herstellung, in den Abmessungen usw. können durch die Verstellung der Zentriert und Justierschrauben 23 ausgeglichen werden.Minor inaccuracies in manufacture, in dimensions etc. can be compensated for by adjusting the centered and adjusting screws 23 will.
Wichtig ist dabei, daß die Lagerung aus den Zapfen 16 und den Buchsen 20 bezüglich ihrer Oberflächen feinst bearbeitet werden kann, so daß die ,leichtgängige Bewegl-ichkeit des Ankers 15 und damit auch der Ankerstange, die auf ein Ventil od. dgle einwirkt,sidergestellt ist.It is important that the bearing consists of the pin 16 and the sockets 20 can be processed finely with respect to their surfaces, so that the smooth Mobility of the armature 15 and thus also of the armature rod, which is on a valve or the same acts, is set.
In der Zeichnung ist kein besonderes Verbindungselement zwischen dem Polstück- 13 und dem Kerndeckel 8 gezeigt. Ein solches Verbindungselement kann entfallen, wenn sich das Polstück 13 an dem anzutreibenden bzw. zu regelnden Gerät abstützen kann.In the drawing there is no special connecting element between the Pole piece 13 and the core cover 8 are shown. Such a connecting element can be omitted, when the pole piece 13 is supported on the device to be driven or controlled can.
Der Ankerraum 14 wird im Ringspalt zwischen'dem Ring 3 und dem Polstück 13 durch einen O-Ring 27 abgedichtet. Die Abdichtung auf der Seite des Kerndeckeis 9 übernimmt eine Verschlußkappe 28 mit einem Dichtring 29.The armature space 14 is in the annular gap between the ring 3 and the pole piece 13 sealed by an O-ring 27. The waterproofing on the side of the core ceiling 9 takes over a closure cap 28 with a sealing ring 29.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Fig. 1 ist wie folgt: Das zu regelnde hydraulische Medium steht in Verbindung mit dem Innenraum 14. Der Innenraum steht also unter Druck.The operation of the device according to FIG. 1 is as follows: The hydraulic medium to be controlled is in connection with the interior space 14. The interior space So is under pressure.
Die Nuten 17, 18 und 19 sorgen für einen völligen Ausgleich.The grooves 17, 18 and 19 ensure complete compensation.
Der Permanentmagnet 10 bildet je einen magnetischen Kreis der die Magnetspulen 11 bzw. 12 umgibt. Einer dieser magnetischen Kreise umschließt also den Ring 4 und den einen Teil, beispielsweise den in der Zeichnung linken Teil des Ankers 15. Die Kraftlinien des Permanentmagneten durchdringen den Luftspalt 30 mit den nicht magnetisierbaren Antiklebescheiben 32 und schließen sich dann über das Polstück 13, den Kerndeckel 8 und den linken Teil des Mantels 1.The permanent magnet 10 each forms a magnetic circuit of the Magnet coils 11 and 12 surrounds. So one of these magnetic circles encloses the ring 4 and one part, for example the left part of the drawing Armature 15. The lines of force of the permanent magnet penetrate the air gap 30 with it the non-magnetizable anti-adhesive panes 32 and then close via the Pole piece 13, the core cover 8 and the left part of the jacket 1.
Der andere magnetische Kreis, der von dem Permanentmagneten gebildet wird, überbrückt den Arbeitsluftspalt 31 zwischen dem Anker 15 und dem Kerndeckel 9. Die Luftspalte sind also vormagnetisiert.The other magnetic circuit formed by the permanent magnet is, bridges the working air gap 31 between the armature 15 and the core cover 9. The air gaps are therefore premagnetized.
Wenn nun die Magnetspulen 11 und 12 gleichsinnig erregt werden, erfahren die Kraftlinien in dem einen Luftspalt eine Verstärkung und in dem anderen Luftspalt eine Reduzierung. Der Anker wird sich in Richtung des Luftspaltes mit der VerstErkung der Kraftlinien bewegen.If now the solenoids 11 and 12 are excited in the same direction, learn the lines of force in one air gap a reinforcement and in the other air gap a reduction. The anchor will move in the direction of the air gap with the reinforcement move the lines of force.
Der Hub dieser Regelmagnete beträgt etwa 0,5 - 1,0 mm oder wenig mehr.The stroke of these regulating magnets is about 0.5 - 1.0 mm or a little more.
Zu beachten ist insbesondere die Lage der Arbeitsluftspalte 30 und 31 bezüglich der Erregerspulen 11 und 12. Die Anordnung ist-weitgehend symmetrisch. Da der Durchmesser der Lagerzapfen 16 annähernd dem Innendurchmesser des Polstückes 13 bzw. des Kerndeckels 9 entspricht, wird auch eine annähernde Symmetrie zu beiden Seiten des Luftspaltes erreicht. Diese und die anderen Merkmale erhöhen beträchtlich die Linearität.Particular attention should be paid to the position of the working air gaps 30 and 31 with respect to the excitation coils 11 and 12. The arrangement is-largely symmetrical. Since the diameter of the bearing pin 16 is approximately the inner diameter of the pole piece 13 or of the core cover 9 corresponds to an approximate symmetry reached on both sides of the air gap. Enhance these and the other characteristics the linearity is considerable.
Die Variante nach der Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß die beiden Lager -zapfen 16 die Enden eines zylindrischen Lagerelementes 33 bilden, das den Anker 15 durchdringt. Zwischen den beiden Erregerspulen 11 und 12 ist im Ausführungsbeispiel nach der Fig.- 2 ein Ring 34 angeordnet, der beispielsweise aus einfachem, magnetisierbarem Werkstoff besteht. Die Permanentmagnete 35 und 36 sind in die Kerndeckel eingesetzt. Die Zentrier- und Justiereinrichtung ist nicht näher dargestellt.The variant according to FIG. 2 differs from that according to 1 essentially in that the two bearing pins 16 are the ends of a form cylindrical bearing element 33 which penetrates the armature 15. Between two excitation coils 11 and 12 is a ring in the embodiment according to FIG 34 arranged, which consists for example of simple, magnetizable material. The permanent magnets 35 and 36 are inserted into the core covers. The centering and adjusting device is not shown in detail.
Die Justierung kann beispielsweise auch durch andere Mittel außerhalb des Elektromagneten vorgenommen. werden.The adjustment can, for example, also be carried out by other means outside made of the electromagnet. will.
Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete 36 und 37 Teile des Ankers 15 bilden? während die Ausbildung der Kerndeckel 8 und 9 bzw. des Polstückes 13 derjenigen der Fig. 1 entsprechen bzw.The embodiment according to FIG. 3 is characterized in that that the permanent magnets 36 and 37 form parts of the armature 15? during training the core cover 8 and 9 or the pole piece 13 correspond to that of FIG respectively.
dieser ähnlich sein kann.this can be similar.
Während die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 - 3 jeweils Anordnungen mit zwei Magnetspulen zeigen, wodurch Bewegungen nach beiden Seiten aus einer Mittellage heraus möglich sind, zeigt die Variante nach der Fig. 4 eine Einfachhub-Ausführung.While the exemplary embodiments according to FIGS. 1-3 each have arrangements with two magnetic coils show, causing movements to both sides from a central position out are possible, the variant according to FIG. 4 shows a single-stroke design.
An dem einen Ende der Erregerspule 38 ist der insbesondere radial magnetisierte Permanentmagnet 39 angeordnet und das Ankerrohr besteht nur aus zwei Teilen, nämlich dem Teil 40 aus nicht magnetisierbarem und dem Teil 41 aus magnetisierbarem Werkstoff. Die Justiereinrichtung im Polstück 42 entspricht im wesentlichen der Justiereinrichtung im Polstück 13 oder im Kerndeckel 6 der Ausführungsform nach der Fig. 1.At one end of the excitation coil 38, it is in particular radial magnetized permanent magnet 39 and the armature tube consists of only two Parts, namely the part 40 made of non-magnetizable and the part 41 made of magnetizable Material. The adjustment device in the pole piece 42 corresponds to in essentially the adjustment device in the pole piece 13 or in the core cover 6 of the embodiment according to FIG. 1.
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