-
Elektromagnet filr Regelzwecke Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten
für Regelzwecke.
-
Elektromagnete für Regelzwecke, sogenannte Regelmagnete, werden als
Stellglieder in Steuer- und Regelkreisen eingesetzt.
Ihre Aufgabe
besteht darin, beispielsweise ein Ventil für eine Flüssigkeit in Abhängigkeit des
auf den Elektromagneten wirkenden Erregerstroms zu steuern.
-
Um einen Regelmagneten der beschriebenen Art möglichst universell
einsetzen zu können, ist es eine Grundbedingung, daß zwischen dem Erregerstrom einerseits
und der Nagnetkraft bzw. dem Hub andererseits eine Proportionalität besteht.
-
Abweichungen hiervon, die bedingt sind durch die gekrümmte Magnetisierungskennlinie
des verwendeten Magneteisens und durch die Hysterese, sowie durch die Lagerreibung
und die Fertigungsungenauigkeit der einzelnen Magnetteile, sollen in engsten Grenzen
gehalten werden.
-
Die Erfüllung der an solche Magnete zustellenden Forderungen ist häufig
nur mit einem großen Herstellungsaufwand zu bewirken. Dieser begrenzt aber die Einsatzmöglichkeiten.
-
In einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag der Anmelderin
wird ein Elektromagnet vorgeschlagen, der sic u.a. dadurch auszeichnet, daß das
Verhältnis der Stromaufnahme zur Magnetkraft klein ist. Durch kleine Ströme werden
hierbei schon sehr große Kräfte erhalten. Dieser ältere Vorschlag erreicht dies
u.a. dadurch, daß die Luftspalte des Ankers durch mindestens einen Permanentmagneten
yormagnetisiert werdazwobei der magnetische Kreis des Permanentmagneten mit dem
magnetischen Kreis der Magnetspule übereinstimmt und wobei der Permanentmagnet bzw.
die Permanentmagnete als Rotationskörper ausgebildet und rotationssymmetrisch magnetisiert
sind. Mit Regelmagneten dieses älteren Vorschlages sind günstige Ergebnisse erhalten
worden, soweit es sich um Elektromagnete mit verhältnismäßig geringer Leistungsaufna*}«
nandelt.
-
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Elektromagnet
für Regelzwecke zu schaffen, der insbesondere auch dann die eingangs erwähnten Bedingungen
erfüllt, wenn größere Leistungen, Verstellkräfte bzw. Hubkräfte ngestrebt und erhalten
werden sollen. Um dieses Ziel zu erreichen, schlägt die Erfindung einen Elektromagneten
in zylindrischer Bauweise vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Anker in
einem Ankerraum beweglich ist, der von einem druckdicht ausgebildeten und eingesetzten
Ankerrohr umgeben ist, wobei die Magnetspule oder die Magnetspulen das Ankerrohr
umgeben, daß das Ankerrohr aus mehreren dicht miteinander verbundenen Ringen aus
magnetisierbarem und nicht magnetisierbarem Werkstoff besteht und daß der Anker
Axial-Gleitlager außerhalb des magnetischen Kreises besitzt, wobei mindestens ein
Lagerteil aus nicht magnetisierbarem Werkstoff besteht.
-
Im Gegensatz zu dem älteren Vorschlag verwendet der erfindungsgemäße
Elektromagnet keine Permanentmagnete. Es ist nämlich gefunden worden, daß der Herstellungsaufwand
bei Permanentmagneten größerer Abmessungen unverhältnismäßig ansteigt, so daß er
den Gesamtaufwand des Elektromagneten zu einem erheblichen Teil bestimmt. Werden
die Permanentmagnete im Magnetjoch untergebracht, so ist überdies die magnetisierende
Wirkung auf den Luftspalt nur gering, zumal die Abmessungen des Permanentmagneten
nicht beliebig gesteigert werden könnten. Werden die Permanentmagnete im Kern oder
Anker untergebracht, ergeben sich günstigere Abmessungen und auch eine günstigere
Auswirkung auf die Luftspalte. An dieser Stelle besteht jedoch im Gegensatz zur
Anordnung im Magnetjoch, wo eine Flußverdrängung bei einseitiger Beaufschlagung
der Magnetspule eine entmagnetisierende Wirkung verhindert, der Nachteil, daß die
Permanentmagnete im Hauptflußkreis angeordnet sind und somit einer
Entmagnetisierung
ausgesetzt sind. Diese kann so groß sein, daß sie teilweise irreversibel wird. Ergibt
sich aber eine Entmagnetisierung, dann ist die Vormagnetisierung der Luftspalte
undefiniert und das Verhältnis zwischen Strom und Kraft ist nicht mehr bestimmbar.
Die geforderte Proportionalität ist nicht mehr gegeben.
-
Weiter ergibt sich bei einer Anordnung eines Permanentmagneten im
lIauptflußkreis und bei größerer Beaufschlagung durch den Elektromagneten die Erscheinung,
daß der Permanentmagnet den magnetischen Widerstand erhöht und dadurch das Verhältnis
zwischen Strom und Kraft ungünstig verändert.
-
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß es bei Elektromagneten
größerer Abmessungen erhebliche Vorteile bringt, wenn die Permanentmagnete ganz
vermieden werden, wenn dagegen alle übrigen Elemente des älteren Vorschlages beibehalten
werden.
-
Die Erfindung erreicht hierdurch zunächst einmal eine kompakte Bauweise.
Die druckdichte Ausbildung ermöglicht den Einsatz auch bei hohen Drücken. Die Anordnung
besonderer Axial-Gleitlager außerhalb des magnetischen Kreises ergibt eine gute
axiale Beweglichkeit des Ankers, was Voraussetzung für die Linearität ist. Die magnetischen
Kräfte beeinflussen die Lagereigenschaften nicht.
-
Die Anordnung besonderer Axial-Gleitlager erleichtert weiter die Ausbildung
der Lagerflächen.
-
Besonders günstig ist es, wenn bei der Erfindung mindestens ein Lagerteil
in der Lagerfläche Ringnuten aufweist. Dadurch werden Querkräfte ausgeschlossen,
die sonst bei den im Ankerraum herrschenden, hohen Drücken auftreten könnten, vor
allem dann, wenn auf ein möglichst geringes Spiel im Lager geachtet wird. Querkräfte
würden aber die Beweglichkeit
des Ankers unkontrolliert verändern.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematiseh
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
eines Elektromagneten für Regelzwecke entsprechend der Erfindung.
-
Fig. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.
-
In dem zylindrischen Mantel 1 der Ausführungsbeispiele nach den Fig.
1 und 2 ist durch die Kerbstifte 2 ein Einsatz angeordnet, der im wesentlichen aus
den Magnetspulen, dem Ankerrohr, den Kerndeckeln und den zugehörigen Einrichtungen
besteht.
-
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 besteht das Ankerrohr aus den
zylindrischen Ringen 3 und 5, die durch das Zwischenstück 4' verbunden sind, welches
Zwischenstück ebenfalls Ringgestalt besitzt. Während die Ringe 3 und 5 aus nicht
magnetisierbarem Werkstoff bestehen, besteht das Zwischenstück 4' aus magnetisierbarem
Werkstoff. Der nicht magnetisierbare Werkstoff kann beispielsweise ein nicht rostender,
austenitischer Stahl sein.
-
An den Enden ist das Ankerrohr mit den Kerndeckeln 8 und 9 verschweißt,
welche Kerndeckel gleichzeitig auch die Axial-Gleitlager aufnehmen.
-
Die Magnetspulen 11 und 12 sind auf den Einsatz aufgewickelt. Besondere
Spulenkörper sind entbehrlich, so daß der vorhandene Platz gut ausgenützt werden
kann.
-
Während der Kerndeckel 9 einstückig ausgebildet ist, trägt der Kerndeckel
8 ein entfernbares Polstück 13, so daß der Ankerraum 14 innerhalb des Rohres für
den einbau des Ankers 15 zugänglich ist.
-
Der Anker 15 trägt an beiden Enden je einen Lagerzapfen 16.
-
Am Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind diese Lagerzapfen in den Anker
15 eingesetzt. Die Lagerzapfen 16 bestehen aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff,
beispielsweise einem nicht rostenden Stahl. Im 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.
-
Die Ringnuten 18 haben die Aufgabe einer gleichmäßigen Druckverteilung
auf dem Umfange des Lagerzapfens 16, um Querkräfte als Folge des inneren Überdruckes
zu eliminieren.
-
Die Lagerzapfen 16 gleiten in Lagerbüchsen 20, die beispielsweise
aus Stahl oder auch aus Bronze bestehen können. Die Büchsen 20 sind in den Kerndeckel
9 bzw. in das Polstück13 eingesetzt.
-
Sowohl das Polstück 13 als auch der Kerndeckel 9 nehmen am Ausführungsbeispiel
nach der Fig. 1 eine Justier- und Zentriereinrichtung auf, während eine solche Einrichtung
am Ausführungsbeispiel nach der Fig.2 fehlt.
-
Wie schon erwähnt, dient der erfindungsgemäße Elektromagnet insbesondere
für Vorrichtungen höherer Leistung.
-
In diesem Bereich ergibt sich eine ausreichende Proportionalität zwischen
Strom und Magnetkraft bzw. Hub.
-
Der Umstand, daß durch die fehlende Vormagnetisierung bei kleinen
Leistungen wegen der dann verhältnismäßig stärker ins Gewicht fallenden Lagerreibung
und ähnlicher Erscheinungen geringere Wege bzw. Kräfte erhalten werden als der Proportionalität
entspricht, ist von nebensächlicher Bedeutung.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht nur bei Regelmagneten mit
zwei Spulen verwendbar, bei der der Anker beispielsweise aus einer Mittellage in
der einen oder anderen Richtung bewegt werden kann, sondern auch bei Regelmagneten
mit einer einzigen Spule, bei der der Anker bei Beaufschlagung aus der einen Endlage-
nur in die Richtung auf die andere Endlage verschiebbar ist.