DE2034817C3 - Lasthebemagnet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Elektro-Lasthebemagnete zur Handhabung von ferromagnetischen Gegenständen, bestehend aus mindestens drei konzentrisch oder mindestens vier parallel angeordneten Polen und aus mindestens zwei getrennt einschaltbaren Erregerwicklungen.

Derartige Lasthebemagnete sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und bestehen im wesentlichen aus Erregerspulen und einem offenen Magnetkreis, der durch den zu handhabenden ferromagnetischen Gegenstand geschlossen wird.

Grundsätzlich besteht bei Hebemagneten die Aufgabe, die Anordnung der einzelnen Bestandteile so zu treffen, daß eine optimale Zugkraft gewährleistet ist. Diese Zugkraft ist eine Funktion der Normalkomponente der Induktion (By) in der Polfläehe und ihre Größe für jeden Punkt derselben ist

/; = 0,04056 ■ (Hy¹IH)(IO);

Die Nachteile der bekannten Elektro-Hebemagnete der eingangs beschriebenen Art werden an HandvonFig. I der Zeichnung erläutert. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Topf-Hebemagnet und seine Last. Im linken Teil der Fig. 1 ist ein stark vereinfachtes Bild des inneren Magnetfeldes eingezeichnet.

Es ist klar zu erkennen, daß nicht alle Feldlinien auf ihrem Weg vom Magnetjoch 1 zur Last 7 die Mit-

S telpole 2, 4 und den Außenpol 3 benutzen. Ein Teil der Feldlinien durchsetzt, unter hohen magnetischen Verlusten, die unmagnetjschen Erregerwicklungen .5, 6. Daher isi die Normalkomponente der Induktion By nur in den ferromagnetischen Polflächen la, 4a,

ίο 3a relativ groß:

K) (AG) < By < 20 (kG).
Der Mittelpol 2 mit der Mittelpolfläche 2a ist Erzeuger der maximalen Induktion. Der Polring 4 zwingt der Kreisringfläche 4a seinen Wert des mais gnetischen Potentials auf, der um den Betrag der Durchflutung der Erregerwicklung 6, geringer ist als der Wert des magnetischen Potentials in 2 und 2a. Die Werte von By im Polfächenkreisring 4a sind zwar relativ hoch, erreichen aber nur etwa 55 bis 60% der

so Werte von By in der Polfläehe 2a. In allen Punkten der Kreisringfläche zwischen den Mittelpolflächen 2a und 4a ist By klein:

By <; I (kG).

Soll eine nennenswerte Steigerung der Zugkraft eras reicht werden, so muß By besonders in dieser Fläche und in der Fläche 4a verstärkt werden.

Es sind ferner Hebemagnete bekannt, bei denen die Pole 2 und 4 durch eine gemeinsame Polplatte verbunden sind. Diese Ausführungsform besitzt zwar eine erheblich vergrößerte Mittelpolfläche 2a, weist aber folgenden Nachteil auf: Der Pol 4 zwingt der Polplatte fast bis zur Polkante von Pol 2 seinen Wert des magnetischen Potentials auf. Die Werte von By in diesem Polflächenkreisring sind zwar konstant, erreichen dafür nur etwa 55% der Werte von By im Bereich des Pols 2.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hebemagneten zu schaffen, bei dem die Tragkraft erheblich gesteigert ist.

Durch die Erfindung wird ein Hebemagnet geschaffen, bei dem die Polflächen mit gleicher Polarität nur kleine Unterschiede im Werte ihrer Normalkomponentcn der Induktion aufweisen, der zwischen diesen Polflächen hohe Werte von By besitzt und eine günstige thermische Belastung der einzelnen Erregerwicklungen aufweist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß wie an sich bekannt mindestens eine Erregerwicklung als Hauptwicklung Pole oder Polgruppen mit Gegenpolarität trennt, mit der Aufgabe, in diesen Polen oder Polgruppen die Gegenpolarität zu induzieren, während die andere(n) Erregerwicklung(en) als Zusatzwicklung(en) zwischen Polen mit gleicher Polarität liegen, mit der Aufgabe, in diesen Polen magnetische Potentialdifferenzen zu erzeugen, und daß Haupt- und Zusatzwicklungen derart bemessen sind, daß nach Anschluß dieser Wicklungen an die Stromquelle die Flächendurchflutung der Hauptwicklung (D₁Ib₁ = Amperewindungen/Polabstand) größer ist als die Flächendurchflutung (D₁Ib₁) der Zusatzwicklung^). Erfindungsgemäß wird die Hauptwieklung derart bemessen, daß sie nicht nur den Hauptanteil des gesamten magnetischen Potentials des Hebemagneten liefert, sondern daß der Anstieg des magnetischen Potentials je cm Abstand der Pole mit Gegenpolarität, die dieser Wicklung zugeordnet sind, größer ist als der Anstieg des magnetischen Potentials je cm Abstand der Pole mit gleicher Polarität, die der oder den

Zusatzwicklungen zugeordnet sind,

Piese erfinderische Maßnahme läßt sieh auf sehr einfache Weise realisieren, beispielsweise durch die Wahl verschiedener Drahtquerschnitte für Haupt- und Zusatzwicklungen. Selbst bei gleichen Querschnitten der Wickelräume für Haupt- und Zusatzwicklung, bei einem Hebemagneten mit zwei Wicklungen, können beispielsweise 80% der Gesamtdurchflutung durch die Hauptwicklung gc-liefert werden:

D₁ = 4 · O₂(A);

/j, = ft, (cm);

D₁Zb₁ = 4- D₁Ib₁ (A/cm).

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß der Anstieg des magnetischen Potentials zwischen zwei Gegenpolen sehr steil ist, daher die Potentialdifferenz zwischen den Gegenpolen groß ist, daß dagegen jede weitere Potentialdifferenz zwischen Polen mit gleicher Polarität klein bleibt. Die Werte von By steigen nur noch leicht an, von einem Po! zum anderen Po! einer Polgruppe mit gleicher Polarität, und liegen durchweg r.ur leicht unterhalb des Maximalwertes von By.

Die Polplatte des Poles mit dem höchsten Wert des magnetischen Potentials kann so groß gehalten werden, daß sie die zugeordneten Zusatzwicklungen restlos bedeckt. Es ist aber nicht zweckmäßig, diese Polplatte, wie an sich bekannt, Pole mit gleicher Polarität, aber geringerem Potential berühren zu lassen. In Weiterbildung der Erfindung werden diese Pole mit geringerem Potential derart gekürzt, daß ein Luftspalt von mindestens einem Millimeter zwischen Pol und Polplatte entsteht. Dieser Luftspalt kann durch einen unmagnetischen Werkstoff wieder geschlossen werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Hebemagneten nach der Erfindung dargestellt, und zwar veranschaulicht

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäßrn Lasthebemagneten und seine Last; im linken Teil der Figur ist der Feldlinienverlauf angedeutet,

Fig. la ein auf Fig. 1 bezogenes Diagramm, zur Erläuterung des durch die Erfindung erreichten Effekts,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen zweipoligen Lasthebemagneten,

Fig. 2a ein auf Fig. 2 bezogenes Diagramm, zur Erläuterung des durch die Erfindung erreichten Effekts,

Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung eines zweipoligen Lasthehemagneten gemäß der Erfindung.

Der Magnetkreis eines in Fig. 1 dargestellten Topf-Lasthebemagneten besteht aus folgenden Dynamostahlgußteilen: einer Mittelpolgruppe 2, 4, einem Magnetjoch 1 und einem Außenpol 3. Als Erregerwicklungen sind eine Hauptwicklung 5 und eine Zusatzwicklung 6 aus Aluminium- oder Kupferdraht konzentrisch um die Mittelpolgruppe 2, 4 und um den Mittelpol 2 angeordnet. Eine Mittelpolplatte 2a und ein Mittelpolring Aa schließen die Mittelpolgruppe ab.

Der Magnetkreis des Hebemagneten wird durch eine Last 7 kurzgeschlossen. Das im linken Teil der Figur dargestellte, ytark vereinfachte Feldlinienbild läßt erkennen, daß die Normalkomponenten der Induktion By nur im Bereich der ferromagnetischen Polflächen la, 4«, 3a relativ groß sein können.

Erfindungsgemäß sind Hauptwicklung 5 und Zusatzwicklung 6 aus Drähten oder Bändern mit verschiedenen Querschnitten ausgeführt. Diese Wicklungen sind so bemessen, daß sie nach Anschluß an die nicht gezeigte Stromquelle die in Fig. la gezeigte Verteilung des magnetischen Potentials in der Polfläche bewirken. In Fig. 1 sind zur Orientierung die wichtigsten Pol- und Spulenkanten mit a, b, c, d, e

ίο gekennzeichnet. In der Fig. la sind diese Punkte als Bildpunkte A, B, C, D, E im Diagramm enthalten. Die Hauptwicklung 5 baut eine trapezförmige Potentialverteilung auf, die von der Außenpolkante D zur Mittelpolringkante Cschneller linear ansteigt, als dies bei bekannten Hebemagneten der Fall ist (gestrichelter Verlauf). Die Zusatzwicklung 6 baut einen weiteren trapezförmigen Potentialanstieg auf, linear ansteigend von der Polkante B zur Polkante A. Im Bereich der Pole 2 und 4 bleibt das induzierte Potential konstant. Die durch die besondere Bemr-^ung der Wicklungen 5 und 6 erzeugte Verstärkung des magnetischen Skalarpotentials im Bereich der Polfläche ist im Diagramm als schraffierte Fläche zu erkennen. Da die Größe der Induktion in der Polfläche proportional zum magnetischen Skalarpotential ist, zeigt das Diagramm die erreichte Steigerung der Zugkraft.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Hebemagneten liegt ein U-förmiger Magnetkreis vor. Dieser Magnetkreis besteht wiederum aus folgenden Dynamostahlgußteilen: zwei Polgruppen 9, 10; 9a, 10a mit Gegenpolarität und einem Magnetjoch 8. Als Erregerwicklungen sind eine Hauptwicklung 11 und zwei symmetrische Zusatzwicklungen 12, 12a zwischen Gegenpolgruppen und Pole gleicher Polarität angeordnet.

Erfindungsgemäß sind Hauptwicklung 11 und Zusatzwicklungen 12,12a aus Leitern mit verschiedenen Querschnitten ausgeführt. Diese Wicklungen si*id so bemessen, daß sie nach Anschluß an die nicht gezeigte Stromquelle die in Fig. 2a gezeigte Verteilung des magnetischen Potentials in der Polfläche bewirken. In Fig. 2 sind wiederum zur Orientierung die wichtigsten Pol- und Spulenkanten mit a, b, c, d gekennzeichnet. In der Fig. 2a sind diese Punkte als Bildpunkte A, B, C, D im Diagramm enthalten.

Die Hauptwicklung 11 baut eine alternierende, trapezförmige Potentialverteilung auf (im Diagramm ist nur die positive Halbwelle aufgezeigt), die von der Mitte der Polfläche zur Polkante A schneller linear ansteigt, als dies bei bekannten Hebemagneten der Fall ist (gestrichelter Verlauf). Die Zusatzwicklung 12a baut einen weiteren trapezförmigen Potentialanstieg auf. linear ansteigend von der Polkante B zur Poikaiite /!.Wie im Diagramm la ist die Verstärkung des magnetischen Skalarpotentials im Bereich der Polfläche als schraffierte Fläche zu erkennen. Hier zeigt das Diagramm die erreichte Steigerung der Zugkraft für die rechte Hälfte des Hebemagneten.

Fig. 3 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine weitere Ausgestaltung des Hebemagneten nach Fig. 2. Aus dem Diagramm 2a ist ersichtlich, daß die Pole 9a und 10a zwar die gleiche Polarität, aber unterschiedliche magnetische Potentiale (D, und D_t + D₂) besitzen. In weitere. Ausgestaltung der Erfindung wird der Pol 9« (mit dem höchsten magnetischen Potential) durch eine Polplatte 13a abgeschlossen, die sowohl die Zusatzwicklung 12a wie auch den Pol 10a

ganz bedeckt. Der Pol 10« ist derart gekürzt worden, daß eine magnetische Unterbrechung zwischen Pol und Polplatte entsteht. Diese unmagnetische Strecke 14« hindert den Pol 10« daran, dem ganzen Polplattenbercich BC seinen niedrigeren Wert des magnetischen Potentials aufzuzwingen. Die gestrichelte Kurve C im Diagramm 2« zeigt die durch diese Maßnahme erreichte Steigerung des magnetischen Potentials im Bereich AC der Polfliiche. Die Folge ist eine "jrneule Steigerung der Zugkraft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patents nspröche:

   1, Lasthebemagnet mit E-, U-förmigem oder ähnlich gestaltetem Magnetkreis, bestehend aus mindestens drei konzentrisch oder mindestens vier parallel angeordneten Polen und aus mindestens zwei getrennt einschaltbaren Erregerwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß wie an sich bekannt mindestens eine Erregerwicklung als Hauptwicklung (S, 11) Pole (3) oder Polgruppen (9,10) von Polgruppen mit Gegenpolarität (2, 4; 9a, 10a) trennt, mit der Aufgabe, in diesen Polen oder Polgruppen die Gegenpolarität zu induzieren, während die andere(n) Erregerwicklungen) als Zusatzwicklung(en) (6; 12,12a) zwischen Polen (2, 4; 9, 10; 9a, 10a) mit gleicher Polarität liegen, mit der Aufgabe, in diesen Polen magnetische Potentialdifferenzen zu erzeugen, und daß Haupt- (5, U\ und Zusatzwicklungen (6; 12,12a) derart bemessen sind, daß nach Anschluß dieser Wicklungen an die Stromquelle die Flächendurchflutung der Hauptwicklung (D^b₁ = Amperewindungen/Polabstand) größer ist als die Flächendurchflutung (D₂Zb₂) der Zusat7.wicklung(en).
2. 2. Lasthebemagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklungen (6; 12, 12a) und die zugeordneten Pole mit gleicher Polarität (2, 4; 9,10; 9a, 10a) durch mindestens eine den (die) das höchste, magnetische Potential aufweisenden Pol(e) (2; 9, 9a) abschließende Polplatte (13a) ganz oder teilweise bedeckt werden und daß mindestens ein anmag:.etischer Spalt (14, 14a) den (die) Pol(e) mit niedrigerem magnetischen Potential (4; 10, 10a) ve τ der (den) Po!- platte(n) (13, 13a) magnetisch trennt.