DE3422930A1 - Electromagnet - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einem Magnetkörper und einer Wicklung«Th e invention relates to an electromagnet with a magnetic body and a coil "
Der Einsatz von Elektromagneten zum Transport von heißen Stählen, wie sie in Stahl erzeugenden Betrieben anfallen, ist problematisch, übliche bekannte Elektromagnete mit natürlichem Wärmeabgabevermögen sind während des Aussetzbetriebes nur im Bereich kleiner bis mittlerer Einschaltdauern verwendbar, ohne daß Wicklungs- und Isolationsmaterial unzulässig hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Derartige langwirkende Temperaturen würden zu einem vorzeitigen Magnetausfall führen.The use of electromagnets to transport hot Steels, as they occur in steel-producing companies, are problematic when using conventional known electromagnets natural heat dissipation capacity are only in the range of small to medium duty cycles during intermittent operation can be used without the need for winding or insulation material exposed to impermissibly high temperatures. Such long-acting temperatures would become one premature magnet failure.
Die Ursache für die großen thermischen Beanspruchungen von Elektromagneten bei Heißtransport ist darin zu sehen, daß zusätzlich zu der eigenen elektrischen Verlustleistung bei höheren Tragguttemperaturen ein erheblicher Wärmefluß vor allem in Form von Wärmestrahlung in die Magnete eindringt , der nach den Regeln der Energiebilanz, bei gegQ gebenen Einschaltdauern, entweder zu höheren Magnettemperaturen führt oder ein erhöhtes Wärmeabgabevermögen der Magnete erforderlich mach t .The cause of the great thermal loads of electromagnets during hot transport can be seen in the fact that in addition to their own electrical power loss at higher load temperatures a considerable heat flow penetrates into the magnets, especially in the form of thermal radiation , according to the rules of the energy balance, with given duty cycles, either to higher magnet temperatures leads or an increased heat dissipation capacity of the magnets makes t necessary.
Es ist ein Elektromagnet bekannt, der während des. Betriebs durch Kühlwasserkreise durchflossen wi,rd. Damit ist es möglich, den Magnet mit höheren Einschaltdauern zu be-An electromagnet is known through which cooling water circuits flow during operation. So that's it possible to load the magnet with longer duty cycles
treiben, da die Kühlwasserkreise die durch den Heißtransport verursachten Wärmeflüsse bei niedrigeren Temperaturen abführen.drift because the cooling water circuits the heat flows caused by the heat transport at lower temperatures dissipate.
Der bauliche Aufwand eines derartigen wassergekühlten Elektromagneten ist jedoch sehr groß, vor allem durch die Herstellung und Führung des äußeren Kühlkreislaufes des Wassers, das dem Magneten über die fahrbare Krananlage durch Schläuche zu- und abgeleitet werden muß. Darüber hinaus ist das Betriebsrisiko eines derartigen Magneten sehr groß, da eine Undichtigkeit der Wasserschläuche im Zusammenhang mit beispielsweise 600° C heißen, dunkel glühenden Stählen zur allgemeinen Betriebsgefährdung beiträgt.The structural complexity of such a water-cooled electromagnet is very large, however, mainly due to the production and management of the external cooling circuit of the Water that has to be supplied and discharged to the magnet via the mobile crane system through hoses. About that In addition, the operational risk of such a magnet is very high, since a leak in the water hoses in the In connection with, for example, 600 ° C hot, darkly glowing steels, a general operational hazard contributes.
Elektromagnete werden auch eingesetzt bei Elektromagnetabscheidern, d.h. um beispielsweise Eisenteile aus einer Müllfraktion zu entfernen. Die aufgenommene elektrische Leistung derartiger Elektromagneten steht dabei in unmittelbarem Zusammenhang mit der Druchflutung und damit der Feldstärke eines derartigen Elektromagnetschalters und eine Vergrößerung der Leistung bedeutet eine Verbesserung der Effektivität des Scheiders. Bei der Aufrechterhaltung eines statischen magnetischen Feldes ist die aufgenommene elektrische Leistung identisch mit der in den Spulen erzeugten Wärmeleistungen, also der elektrischen Verlustleistung. Da die Felder eines erregten elektromagnetischen Scheiders statische Felder sind, besteht eine feste Wertkopplung zwischen aufgenommener Leistung, Verlustleistung und Erwärmung.Electromagnets are also used in electromagnetic separators, i.e. to remove iron parts from a waste fraction, for example. The recorded electrical The power of such electromagnets is directly related to the flooding and thus the field strength of such a solenoid switch and an increase in performance means an improvement in Effectiveness of the separator. In maintaining a static magnetic field, the electrical power consumed is identical to that generated in the coils Heat output, i.e. the electrical power loss. As the fields of an excited electromagnetic Scheider's static fields are, there is a fixed value coupling between the power consumed and the power loss and warming.
Eine wirksame Verbesserung von Scheiderleistung besteht darin, höhere elektrische Anschlußleistungen, d.h. höhere elektrische Verlustleistungen zulassen zu können, ohne jedoch die für die entsprechende Isolierstoffklasse zulässige Temperaturgrenze zu überschreiten.An effective improvement in separator performance is to have higher electrical connection capacities, i.e. higher Allowing electrical power losses without, however, the one permissible for the corresponding insulation class Exceeding the temperature limit.
Bekannte Elektroraagnetschexder werden in drei Bauweisen gefertigt. In der einen bekannten Ausführungsform sind die Spulen mit Luftzwischenräumen in dem Magnetgehäuse angeordnet. Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform werden die Spulen im Magnetgehäuse mit einer Isoliervergußmasse vergossen. Ferner sind Magnetscheider bekannt, in welchen die Zwischenräume von Spule und Gehäuse mit einem Kühlmedium, insbesondere mit einem Öl, gefüllt werden und dieses Kühlmedium wird durch einen inneren natürlichen Kühlkreislauf zur Wärmeabfuhr benutzt.Well-known Elektroraagnetschexder are manufactured in three designs. In the one known embodiment are the coils are arranged with air gaps in the magnet housing. In a further known embodiment, the coils in the magnet housing are coated with an insulating potting compound shed. Magnetic separators are also known, in which the spaces between the coil and the housing with a Cooling medium, in particular with an oil, are filled and this cooling medium is natural through an inner Cooling circuit used for heat dissipation.
Diese Ausführungsformen bekannter Blektromagnetscheider beinhalten jedoch mehr oder weniger große Reihen-Wärmewiderstände, so daß sich je nach Ausführung nur relativ geringe Abweichungen in der magnetischen Wirkung der Scheider ergeben.These embodiments of known sheet metal magnetic separators however, contain more or less large series thermal resistances, so that, depending on the design, only relatively result in slight deviations in the magnetic action of the separators.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromagneten insbesondere für Heißtransport und für Magnetscheider zu schaffen, der sich durch eine hohe Betriebssicherheit bei hoher Einschaltdauer und hoher Leistung auszeichnet.The invention is based on the object of an electromagnet in particular for hot transport and for magnetic separators to create, which is characterized by high operational reliability with high duty cycle and high performance excels.
Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an dem Magnetkörper eine Zwangsbelüftung vorgesehen ist. Dadurch ist es möglich, die Vorzüge einer bewährten Magnetkonstruktion mit den Vorzügen einer hohen Betriebssicherheit zu vereinen. Durch die Zuführung von Fremdluft kann ein Magnet üblicher Bauart für die harten ^O Bedingungen bei Heißtransport und hohen Einschaltdauern eingesetzt werden, wobei die Wicklungs- und Isolations- festigkeit durch zulässige Temperaturen gewährleistet sind und eine normale Lebensdauer des Elektromagneten erreicht/ wird. Durch die geförderte Luftmenge der Zwangsbelüftung 3^ wird eine genügende Ableitung des Wärmestromes bei niedrigeren Temperaturen erreicht, was mit einer Temperaturminimierung der Wicklung verbunden ist.This object is achieved according to the invention in that forced ventilation is provided on the magnet body. This makes it possible to combine the advantages of a tried and tested magnet design with the advantages of high operational reliability. By supplying external air, a magnet of the usual design can be used for the harsh conditions of hot transport and long duty cycles, whereby the winding and insulation strength are guaranteed by permissible temperatures and a normal service life of the electromagnet is achieved. Sufficient dissipation of the heat flow at lower temperatures is achieved by the air volume conveyed by the forced ventilation 3 ^, which is associated with minimizing the temperature of the winding.
Durch die Anordnung einer Zwangsbelüftung kann die in den Spulen entstehende Wärme abtransportiert werden, so daß die elektrische Verlustleistung und damit die einem Elektrornagnetscheider zuzuführende Leistung vergrößert werden. Es erfolgt eine intensive Wärmeabgabe von der Spule an die 'VBy arranging a forced ventilation, the in the Coils generated heat are transported away, so that the electrical power loss and thus that of an electric magnet separator the power to be supplied can be increased. There is intense heat dissipation from the coil the V
In Ausgestaltung der Erfindung sind in dem Magnetkörper Kanäle ausgebildet, durch welche mittels eines Lüfters Kühlluft geleitet wird. Die Kanäle können dabei im oberen Bereich des Magnetkörpers und/oder im Bereich der Seitenflächen angeordnet sein.In an embodiment of the invention are in the magnet body Formed channels through which cooling air is passed by means of a fan. The channels can be in the upper Be arranged in the area of the magnet body and / or in the area of the side surfaces.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Kühlkanäle über der Wicklung angeordnet sein.According to a further embodiment, the cooling channels be arranged over the winding.
Ferner kann die Oberfläche des Magnetkörpers vergrößert sein, wobei die Oberflächenvergrößerung durch eine Verrippung ausgeführt sein kann. Mit Hilfe derartiger Kühlrippen, welche durch zwangsgeführte Luft oder durch Fremdluft bestrichen werden, wird ein schneller Wärmetransport gewährleistet, so daß die Temperatur des Elektromagneten auf einem betriebssicheren Wert gehalten werden kann.Furthermore, the surface of the magnet body can be enlarged, the surface enlargement by ribbing can be executed. With the help of such cooling fins, which by forced air or by external air are coated, a faster heat transfer is guaranteed, so that the temperature of the electromagnet can be kept at a reliable value.
Bei einem innenbelüfteten Elektromagnetscheider können die wärmeerzeugenden Spulen direkt durch Kühlluft angeströmt werden, und damit werden die Vorteile einer intensiven Wärmeabgabe von der Spule an die Kühlluft genutzt. Bei einem außenbelüfteten Scheider wird die Wärme über eine verrippte Gehäuseoberfläche an die Kühlluft abgegeben.With an internally ventilated electromagnetic separator, cooling air flows directly against the heat-generating coils, and thus the advantages of an intensive Heat dissipation from the coil to the cooling air is used. With an externally ventilated separator, the heat is transferred a ribbed housing surface is released into the cooling air.
Um im Fall des innenbelüfteten Elektromagnetscheiders die Wärmeabgabe möglichst intensiv zu gestalten, besteht die Spule zweckmäßig aus mehreren Teil- oder Scheibenspulen, die in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Diese Abstände stellen Kühlkänäle dar, die sehr inten siv die Wärme aus den Spulen übernehmen und an die durchströmende Luft abgeben. Hierdurch wird die Aufnahme einerIn the case of the internally ventilated electromagnetic separator, the To make the heat dissipation as intensive as possible, the coil expediently consists of several sub-coils or disc coils, which are arranged at a certain distance from each other. These distances represent cooling channels that are very inten siv take over the heat from the coils and transfer it to the air flowing through. This makes the inclusion of a
höheren elektrischen Leistung feei vorgegebener Temperaturgrenze erreicht.higher electrical power at a given temperature limit achieved.
Bei einer derartigen Anordnung von Teil- oder Scheibenspulen entfällt ein Vergießen der Spulen im Magnetgehäuse,
was die Herstellung vereinfacht und eine Reduzierung der Herstellungskosten erbringt. Der den Kühlluftstrom erzeugende
Lüfter wird hierbei zweckmäßig in den Wickelkopfraum der Spulen eingebaut.
10With such an arrangement of sub-coils or disc coils, there is no need to cast the coils in the magnet housing, which simplifies production and results in a reduction in production costs. The fan that generates the cooling air flow is expediently installed in the winding head space of the bobbins.
10
Bei einem außenbelüfteten Elektromagnetscheider wird die in den Spulen erzeugte Wärmemenge in das Magnetgehäuse geleitet und von dort über die öberflächenvergrößerte , vorzugsweise verrippte Oberfläche an die Kühlluft abgeleitet. Um einen geringeren Wärmedurchgangswiderstand zu erreichen ist es zweckmäßig, die Spulen im Magnetgehäuse mit einer wärmeleitenden Vergußmasse zu vergießen. Die Kühllüfter werden bei dieser Ausführungsform an der Magnetgehäuseoberfläche angeordnet, um dort eine zur Magnetoberfläche tangentiale Luftströmung zu erzeugen. Ein außenbelüfteter Elektromagnet zeichnet sich durch die gleichen Vorteile gegenüber den im Stand der Technik bekannten Elektromagneten aus wie ein innenzwangsbelüfteter Elektromagnet. In the case of an externally ventilated electromagnetic separator, the The amount of heat generated in the coils is conducted into the magnet housing and from there via the enlarged, preferably ribbed surface derived from the cooling air. In order to have a lower thermal resistance It is advisable to cast the coils in the magnet housing with a thermally conductive potting compound. the In this embodiment, cooling fans are attached to the surface of the magnet housing arranged in order to generate an air flow tangential to the magnet surface there. An externally ventilated Electromagnet is characterized by the same advantages over those known in the prior art Electromagnets look like an internally ventilated electromagnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are based on the Drawing explained. Show it:
7ir. ~ einen Längsschnitt durch eine erste Ausführung? form eines Elektromagneten, . , einen Schnitt längs d$r Linie "ΙΙ-Γ1 von Fig. 1, einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform, 7ir. ~ a longitudinal section through a first execution? shape of an electromagnet,. , a section along the line "ΙΙ-Γ1 of Fig. 1, a cross section through a modified embodiment,
einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform, a longitudinal section through a further embodiment,
einen Schnitt längs der Linie V-V von Fig. 4, einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines innenbelüfteten Elektromagneten unda section along the line V-V of Fig. 4, a longitudinal section through a further embodiment an internally ventilated electromagnet and
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines außenbelüfteten Elektromagneten.7 shows a schematic representation of an externally ventilated electromagnet.
Der in Fig. 1 gezeigte Elektromagnet 10 besteht aus einem Magnetkörper 12r um.welchen eine Wicklung 14 angeordnet ist. Der Magnetkörper 12 ist während des Einsatzes mit dem neigen Stahl in Berührung, so daß die Wärme über den Körper 12 in die Wicklung 14 übertragen wird. Um die Wärme in dem Elektromagneten auf einem minimalen Wert zu halten, der keine Schaden an dem Wicklungs- und Isolationsmaterial hervorruft, wird der Elektromagnet 10 zwangsbelüftet. Dazu sind an der Oberseite des Magnetkörpers 12 längs verlaufende Kanäle 16 ausgebildet. Durch diese Kanäle 16 wird Luft getrieben, welche durch den Pfeil 18 angedeutet ist. Der Luftstrom 18 wird durch einen Ventilator 20 erzeugt, welcher Außenluft aus der Umgebung oder von weiterher zugeleitete kühlere Luft ansaugt und über einen Verteilerkanal 22 in die Kanäle 16 einpreßt. Durch die Luft 18, die an der Oberseite des Magnetkörpers entlangstreicht, wird die von dem heißen Stahl aufgenommene Wärme sowie die in der Wickl&ng entstehende Wärme, die in den Magnetkörper übertritt, aufgenommen und abgeleitet.The electromagnet 10 shown in Fig. 1 consists of a magnetic body 12 r um.welchen a winding 14 is arranged. The magnetic body 12 is in contact with the inclined steel during use, so that the heat is transferred via the body 12 into the winding 14. In order to keep the heat in the electromagnet at a minimum value which does not cause any damage to the winding and insulation material, the electromagnet 10 is forcibly ventilated. For this purpose, longitudinal channels 16 are formed on the upper side of the magnet body 12. Air, which is indicated by the arrow 18, is driven through these channels 16. The air flow 18 is generated by a fan 20 which sucks in outside air from the environment or from cooler air supplied further and presses it into the channels 16 via a distribution channel 22. The heat absorbed by the hot steel and the heat generated in the winding, which is transferred into the magnetic body, is absorbed and dissipated by the air 18, which passes along the upper side of the magnet body.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Elektromagneten nach Fig. 1. In dem Magnetkörper 12 sind tiefe Längsnuten 24 ausgebildet, in welchen die Wicklung 14 aufgenommen ist. im oberen Beafeich sind Kanäle 16 in Längsrichtung durch den Magnetkörper 12 verlaufend vorgesehen. Diese Kanäle 16 sind an einer Seite geöffnet und an der anderen Seite niit dem Lufiverteilungskaii,al 22 verbunden.Fig. 2 shows a cross section through the electromagnet according to Fig. 1. In the magnet body 12 are deep longitudinal grooves 24 formed, in which the winding 14 is received. in the upper Beafeich are channels 16 in the longitudinal direction provided to run through the magnet body 12. These channels 16 are open on one side and on the other Side connected to the air distribution board, al 22.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Elektromagneten 26 ist in Nuten 28 eines Magnetk&rpers 30,eine Wicklung 32 aufgenommen. Im oberen Bereich sind Längskanäle 34 und im Bereich der Seitenflächen Längskanäle 36 in dem Magnetkörper ausgebildet. Im Bereich der Ecken sind Kanäle 38In the case of the electromagnet 26 shown in FIG. 3, in Grooves 28 of a magnetic body 30, a winding 32 added. In the upper area there are longitudinal channels 34 and in the area of the side surfaces there are longitudinal channels 36 in the magnet body educated. There are channels 38 in the area of the corners
mit größerer Querschnittsfläche vorgesehen. Die Kanäle 34, 36 und 38 sind ebenfalls an einem Ende offen und an dem anderen Ende des Magnetkörpers über einen Verteilungskanal verbunden, durch welchen von einem nicht darge- stellten Ventilator Kühlluft durch die Kanäle gepreßt wird.provided with a larger cross-sectional area. The channels 34, 36 and 38 are also open at one end and connected to the other end of the magnet body via a distribution channel through which a not shown provided fan cooling air is forced through the ducts.
Fig. 4 zeigt einen Elektromagneten 40 mit einem Magnetkörper 42 und einer Wicklung 44. Wie insbesondere aus Fig. 5 zu ersehen ist, ist die Wicklung 44 in Nuten 46 in dem Magnetkörper angeordnet, über der Wicklung 44 ist ein Isoliermaterial 48 in den Nuten 46 vorgesehen. Dieses Isoliermaterial ist mit Kanälen 50 ausgebildet, welche anFig. 4 shows an electromagnet 40 with a magnet body 42 and a winding 44. As in particular from 5 can be seen, the winding 44 is arranged in slots 46 in the magnet body, above the winding 44 is a Insulating material 48 is provided in the grooves 46. This insulating material is formed with channels 50, which on
einem Ende 52 offen sind. An dem anderen Ende wird in die 15one end 52 are open. At the other end, the 15th
Kanäle 50 von einem Ventilator 5.4 geförderte Kühlluft unter Druck eingeblasen. Dazu ist an der einen Stirnseite des Elektromagneten 40 eine Luftführungshaube 56 angeordnet. Anstatt Kühlkanäle 50 in einem Isoliermaterial auszubilden, können derartige Kanäle auch direkt in demChannels 50 from a fan 5.4 promoted cooling air below Blown pressure. For this purpose, an air guiding hood 56 is arranged on one end face of the electromagnet 40. Instead of forming cooling channels 50 in an insulating material, such channels can also be made directly in the
Magnetkörper vorgesehen werden.Magnetic body are provided.
Es ist möglich, in dem Magnetkörper oder in dem Isoliermaterial ausgebildete Kanäle mit Luft aus der Umgebung des jIt is possible for channels formed in the magnet body or in the insulating material to be filled with air from the surroundings of the j
Elektromagneten zu speisen, die Luft kann aber auch über 25To feed electromagnets, but the air can also be over 25
eine Leitung zugeführt werden und vorgekühlt sein.a line must be fed in and precooled.
Außerdem ist es möglich, die Kanäle von der Oberseite oder von einer Seitenfläche des Elektromagneten her zu
speisen.
* It is also possible to feed the channels from the top or from a side surface of the electromagnet.
*
Fig. 6 zeigt einen innenbelüfteten Elektromagneten, der insbesondere Verwendung findet bei einem Magnetscheider. In einem Magnetkörper 60 ist eine Anzahl von Teil- oder Scheibenspulen 62 angeordnet, welche über Abstandsstücke 64 von der Innenwand des Magnetkörpers 60 bzw. untereinander beabstandet sind. Durch die Anordnung auf Abstand werden zwischen Teil- oder Scheibenspulen und Magnetkörper bzw. zwischen den Teil- oder Scheibenspulen untereinanderFig. 6 shows an internally ventilated electromagnet, the is used in particular in a magnetic separator. In a magnetic body 60 is a number of part or Disc coils 62 are arranged, which via spacers 64 from the inner wall of the magnet body 60 or from one another are spaced. Due to the spacing between the partial or disc coils and the magnet body or between the sub-coils or disc coils with one another
Kühlkanäle 66 ausgebildet, durch welche ein von einem nicht dargestellten Zwangsbelüfter erzeugter Luftstrom geleitet wird. Durch diese spezielle Anordnung der Teil- oder Scheibenspulen ist es nicht erforderlich, in dem Magnetkörper besondere Kühlkanäle auszubilden und die Spulen in dem Magnetkörper sind nicht vergossen, so daß die Herstellungskosten verringert werden können.Cooling channels 66 formed through which an air flow generated by a forced ventilator, not shown, is passed will. Due to this special arrangement of the sub-coils or disc coils, it is not necessary to have any special ones in the magnet body Form cooling channels and the coils in the magnetic body are not encapsulated, so that the manufacturing costs can be reduced.
Bei dem in Fig. 7 schematisch dargestellten außenbelüfteten Elektromagnetscheider 70 ist an der Außenseite des Magnetkörpers 72 eine Verrippung 74 ausgebildet. Dadurch wird die für eine Wärmeabgabe wirksame Oberfläche des Magnetkörpers 72 vergrößert. Ein die Zwangslüftung bewirkender Lüfter ist an der Magnetgehäuseoberfläche angeordnet und strömt die Verrippung vorzugsweise tangential an, um die in den Magnetspulen sich ausbildende Wärme abzuleiten. Die Magnetspulen sind in dem Magnetkörper mit einer Wärmeleitenden Vergußmasse vergossen, um einen geringeren Wärmedurchgangswiderstand in dem Elektromagneten zu erreichen. 20In the case of the externally ventilated one shown schematically in FIG Electromagnetic separator 70 is on the outside of the magnet body 72 ribs 74 are formed. This becomes the surface of the magnet body that is effective for dissipating heat 72 enlarged. A fan causing the forced ventilation is arranged on the surface of the magnet housing and the ribbing preferably flows tangentially in order to dissipate the heat that forms in the magnet coils. The magnet coils are encapsulated in the magnet body with a thermally conductive potting compound in order to reduce the thermal resistance to achieve in the electromagnet. 20th
Claims (11)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8310 | Action for declaration of annulment | ||
| 8313 | Request for invalidation rejected/withdrawn | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |