DE4442190C2

DE4442190C2 - Single stroke magnet

Info

Publication number: DE4442190C2
Application number: DE19944442190
Authority: DE
Inventors: Gerald Puchner; Frieder Dr Kueppers
Original assignee: Binder Magnete GmbH
Current assignee: Kendrion Binder Magnete GmbH
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: DE4442190A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Einfachhubmagneten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a single solenoid according to the Preamble of claim 1.

Ein solcher Einfachhubmagnet ist aus EP 02 60 732 A1 bekannt. Der Einfachhubmagnet weist einen Magnetkörper, eine mindestens teilweise vom Magnetkörper umgebene Erregerspule und einen bei Bestromung der Erregerspule innerhalb einer zentralen, zylin derförmigen Öffnung des Magnetkörpers entlang einer Mittenachse axial verschiebbaren, kolbenförmigen Anker auf. Der Magnetkörper ist an seiner dem Anker gegenüberliegenden zylinderförmigen Wandung mit einer ringförmigen, nicht magnetischen Trennung versehen. Innerhalb dieser Trennung ist ein ringförmiger Perma nentmagnet angeordnet.Such a single stroke magnet is known from EP 02 60 732 A1. The single stroke magnet has a magnetic body, at least one excitation coil partially surrounded by the magnetic body and one at Energization of the excitation coil within a central, zylin the shaped opening of the magnetic body along a central axis axially displaceable, piston-shaped armature. The magnetic body is at its cylindrical opposite the anchor Wall with an annular, non-magnetic separation Mistake. Within this separation is an annular perma Not arranged magnet.

Ein weiterer Einfachhubmagnet ist beispielsweise aus DE-PS 9 76 704 bekannt. Der Hubmagnet weist einen entlang einer Achse bewegbaren, kolbenförmigen Anker sowie eine koaxial zu diesem Anker angeordnete Erregerspule und einen Magnetkörper zur Magnetfeldführung auf. Der Magnetkörper besteht im wesentlichen aus einem koaxial zur Achse des Ankers angeord neten Ankerführungsrohr und einem dem Ankerführungsrohr in einem Abstand gegenüberliegenden Polkern bzw. Ankergegen stück. Der Polkern ist mit einer dem Anker gegenüberliegen den Stirnwand und mit in Richtung zum Anker weisenden, ebenfalls koaxial zur Achse angeordneten hohlzylindrischen Wandungen versehen. Das Ankerführungsrohr und die hohlzy lindrischen Wandungen des Ankergegenstückes sind zwischen der Erregerspule und dem Anker angeordnet. Darüber hinaus sind der Polkern und das Ankerführungsrohr über ein um die Erregerspule angeordnetes Gehäuse zum Schließen des magneti schen Kreises miteinander verbunden, wobei zwischen dem Ankerführungsrohr und dem Polkern eine unmagnetische Tren nung verbleibt.Another single stroke magnet is off, for example DE-PS 9 76 704 known. The solenoid has one along one Movable, piston-shaped armature as well as a coaxial axis this armature arranged excitation coil and a magnetic body for magnetic field guidance. The magnetic body consists of essentially arranged from a coaxial to the axis of the armature Neten anchor guide tube and an anchor guide tube in a distance opposite pole core or anchor piece. The pole core is opposite the anchor the end wall and with it pointing towards the anchor, also hollow cylindrical arranged coaxially to the axis Walls. The anchor guide tube and the hohlzy Lindric walls of the anchor counterpart are between the excitation coil and the armature arranged. Furthermore are the pole core and the anchor guide tube over one around the Excitation coil arranged housing for closing the magneti cal circle connected with each other, between the Anchor guide tube and the pole core a non-magnetic door remains.

Bei Bestromung der Erregerspule wird im Magnetkörper ein magnetischer Feldlinienverlauf erzeugt, wodurch der kolben förmige Anker axial zur Achse bewegbar ist.When the excitation coil is energized, a becomes in the magnet body Magnetic field line generated, causing the piston shaped anchor is axially movable to the axis.

Zur Anpassung der Hubkraftcharakteristik ist in DE-PS 9 76 704 vorgeschlagen, die stirnseitigen Enden der hohlzylindri schen Wandungen im Polkern konusförmig auszubilden. Durch die Steuerkonuswandungen kann der Verlauf der Hubkraftkurve gezielt beeinflußt werden.To adapt the lifting force characteristic is in DE-PS 9 76 704 proposed the front ends of the hollow cylindrical to form conical walls in the pole core. By the control cone walls can be the course of the lifting force curve be influenced in a targeted manner.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei den bekannten Einfachhubmagneten die verfügbare Hubarbeit bei gleichzeitiger Verminderung der hierfür notwendigen elektrischen Leistungen zu erhöhen. In Verbindung damit erfolgt eine Linearisierung der Magnetkraft-Hub-Kennlinie über einen bisher nicht erzielbaren Bereich der Ansteuerlei stung.The present invention is based on the object the known single stroke magnets the available lifting work while at the same time reducing the necessary to increase electrical power. In connection with the magnetic force-stroke characteristic is linearized over a previously unachievable area of the tax office stung.

Diese Aufgabe wird für einen Einfachhubmagneten durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is accomplished by a single solenoid Features of claim 1 solved.

Weiterbildungen dem Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.Further developments of the invention are the subject of the Unteran claims.

Der Einfachhubmagnet nach der Erfindung beruht im wesentli chen darauf, innerhalb der sonst bei Einfachhubmagneten bekannten unmagnetischen Trennung einen ringförmigen Perma nentmagneten anzuordnen. Dieser ringförmige Permanentmagnet ist dabei in bezug auf die Mittenachse des Einfachhubmagneten axial magnetisiert.The single stroke magnet according to the invention is based essentially on it, within the otherwise with single solenoids known non-magnetic separation an annular perma to arrange magnet. This ring-shaped permanent magnet is in relation to the central axis of the Single solenoid magnetized axially.

Die axiale Magnetisierung des Permanentmagneten kann entweder gleichgerichtet oder entgegengesetzt gerichtet zu den sich bei der Bestromung der Erregerspule ausbildenden magnetischen Flußdichtevektoren im Magnetkörper gewählt sein.The axial magnetization of the permanent magnet can either be rectified or opposite to those that develop when the excitation coil is energized magnetic flux density vectors selected in the magnetic body be.

Bei einer entgegengesetzten Ausrichtung der axialen Magneti sierung kann bei gleicher Ansteuerleistung eine Erhöhung der Hubarbeit des Einfachhubmagneten von etwa 10% bis 20% erreicht werden. Die physikalische Wirkung beruht darauf, daß der magnetische Fluß bei entgegengesetzter Ausrichtung der Flußdichtevektoren der von Permanentmagnet und Erreger spule erzeugten Magnetflüsse im Magnetkörper und damit in Gehäuse, Polkern und Ankerführungsrohr stärker ins Anker innere gedrängt wird und dadurch höhere Anzugskräfte erzeugt werden. Andererseits kann für das Erreichen der gleichen Hubarbeit die benötigte elektrische Ansteuerleistung um etwa 20% bis 30% verringert werden.With an opposite alignment of the axial magnets with the same drive power, an increase in Lifting work of the single solenoid from about 10% to 20% can be achieved. The physical effect is based on that the magnetic flux with opposite orientation of the flux density vectors of that of permanent magnet and exciter coil generated magnetic fluxes in the magnetic body and thus in Housing, pole core and anchor guide tube more firmly into the anchor inner is pushed and thereby generates higher attraction forces will. On the other hand, can be used to achieve the same Lifting work the required electrical control power by about Be reduced by 20% to 30%.

Des weiteren erlaubt der Einfachhubmagnet nach der Erfindung eine Modifikation der Hubkraftkennlinie in Abhängigkeit von der Stromrichtung in der Erregerspule und zwar derart, daß sich entweder eine sehr steil ansteigende oder eine weitge hend waagerecht verlaufende Kennlinie einstellt. Die waage recht verlaufende Kennlinie mit erhöhter Hubarbeit wird erreicht, wenn der Permanentmagnet in entgegengesetzter Richtung wie die sich bei Bestromung der Erregerspule im Magnetkörper ausbildenden magnetischen Flußdichtevektoren magnetisiert ist.Furthermore, the single stroke magnet according to the invention allows a modification of the lifting force characteristic as a function of the current direction in the excitation coil in such a way that either a very steep slope or a wide horizontal characteristic curve. The scales quite a running characteristic with increased lifting work reached when the permanent magnet is in opposite Direction as in the case of energization of the excitation coil in the Magnetic body-forming magnetic flux density vectors is magnetized.

Eine im Vergleich zu einem neutralen Einfachhubmagneten, der die bekannte ringförmige unmagnetische Trennung aufweist, steiler ansteigende Hubkraftkennlinie bildet sich dann aus, wenn die Magnetisierung des Permanentmagneten gleichgerich tet zu der aufgrund der Stromrichtung in der Erregerspule sich im Magnetkörper ausbildenden Flußdichtevektoren ist. In diesem Fall wirkt der Permanentmagnet zu Beginn des Hubes als Bypass für den magnetischen Fluß, der dadurch nur gerin gere Anzugskräfte auf den Anker ausüben kann. Gegen Hubende schließt sich dieser Magnetfluß stärker über den Arbeits luftspalt und erzeugt dann wegen der zusätzlich eingeführten Feldstärke durch den Permanentmagneten größere Anzugskräfte als neutrale Magnete bzw. Einfachhubmagnete nach der Erfin dung mit entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten.One compared to a neutral single solenoid, the has the known annular non-magnetic separation, then a steeply increasing lifting force characteristic curve is formed, if the magnetization of the permanent magnet is the same due to the current direction in the excitation coil is formed in the magnetic body flux density vectors. In In this case, the permanent magnet acts at the beginning of the stroke as a bypass for the magnetic flux, which thereby only can exert more attractive forces on the anchor. Towards the end of the stroke this magnetic flux closes more strongly over the work air gap and then generated because of the additionally introduced Field strength through the permanent magnet greater attraction forces as neutral magnets or single stroke magnets according to the inven with the opposite direction of magnetization of the Permanent magnets.

Es hat sich herausgestellt, daß eine gegensinnige Magneti sierung des Permanentmagneten insbesondere bei Magnetventi len aufgrund der erreichbaren Proportionalität günstig ist. Die gleichsinnige Magnetisierung des Permanentmagneten ist dagegen bei Einfachhubmagneten von Vorteil, bei denen der Anker gegen Federbelastung arbeitet. Solche Einfachhubmagne te werden beispielsweise als elektrische Schalter einge setzt. Es ist jedoch auch grundsätzlich möglich, den Perma nentmagneten in bezug auf die Mittenachse des Einfachhubmag neten radial zu magnetisieren. It has been found that an opposite magneti sation of the permanent magnet, especially with solenoid valves len is favorable due to the achievable proportionality. The magnetization of the permanent magnet is in the same direction on the other hand, advantageous for single solenoids, where the Anchor works against spring loading. Such a single stroke magnet te are used for example as electrical switches puts. However, it is also possible in principle, the Perma Magnets with respect to the center axis of the single stroke mag to magnetize radially.

Ein weiterer Vorteil des Einfachhubmagneten nach der Erfin dung besteht in der Entlastung des Magnetkörpers vom magne tischen Fluß im bestromten Zustand der Erregerspule, sofern der Permanentmagnet entgegengesetzt magnetisiert wird. Die Auslegung des Magnetkörpers kann in diesem Fall weniger eisenbetont erfolgen. Hierdurch kann ein größerer Einbauraum für die Erregerspule zur Verfügung gestellt werden, was eine erhöhte Hubarbeit ermöglicht oder im Falle einer gleichen Hubarbeit eine geringere Ansteuerleistung erfordert. Ande rerseits wird durch die entgegengesetzte Magnetisierung des Permanentmagneten die extreme Sättigung des Magnetkörpers, insbesondere der konusförmigen Wandungen des Polkerns, verringert, so daß sich eine lineare Magnetkraft-Hub-Kennli nie in einem bisher nicht üblichen Bereich des Erregerstro mes bis zum Mehrfachen des Nennstromes einstellt.Another advantage of the single-stroke solenoid according to the Erfin dung consists in relieving the magnetic body of the magne table river in the energized state of the excitation coil, if the permanent magnet is magnetized in the opposite direction. The Design of the magnetic body can do less in this case iron-based. This allows a larger installation space for the excitation coil, which is a enables increased lifting work or in the case of the same Lifting work requires a lower control power. Ande on the other hand, the opposite magnetization of the Permanent magnets the extreme saturation of the magnetic body, especially the cone-shaped walls of the pole core, reduced so that there is a linear magnetic force stroke characteristic never in a previously unusual area of the pathogen current mes up to a multiple of the nominal current.

Darüber hinaus zeichnet sich der Einfachhubmagnet nach der Erfindung durch eine günstigere Feldverteilung aus, wodurch tendenziell ebenfalls die Hubarbeit vergrößert wird.In addition, the single stroke magnet is characterized by the Invention by a more favorable field distribution, whereby the lifting work also tends to be increased.

Die für Einfachhubmagnete üblicherweise störende stromlose Haltekraft auf den Anker wird unabhängig von der vorherigen Stromrichtung in der Erregerspule dadurch vermieden, daß der Magnetfluß des Permanentmagneten nach Abschalten des Erre gerstroms über den Magnetkörper und damit den Polkern, das Gehäuse und das Ankerführungsrohr kurzgeschlossen wird. Dieser Effekt kann durch das Vorsehen einer Antihaftscheibe auf der dem Inneren des Einfachhubmagneten zugewandten Stirnseite des Ankers optimiert werden.The normally disruptive for single-stroke solenoids Holding force on the anchor becomes independent of the previous one Current direction in the excitation coil avoided by the Magnetic flux of the permanent magnet after switching off the Erre current over the magnetic body and thus the pole core Housing and the anchor guide tube is short-circuited. This effect can be achieved by providing a non-stick disc on the inside of the single solenoid Front side of the anchor can be optimized.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, den ringförmigen Permanentmagneten mittels eines ringförmigen Rohrstückes, das in bezug auf die Mittenachse innen oder außerhalb des ringförmigen Permanentmagneten angeordnet ist, zu zentrieren. Dieses Rohrstück kann gleichzeitig zur Hal terung des Permanentmagneten dienen. Durch solche Rohrstücke werden unerwünschte Radialkräfte auf den Anker des Einfach hubmagneten verringert. Das entweder innen oder außen am Permanentmagneten angeordnete Rohrstück besteht wahlweise aus weichmagnetischem oder austenitischem Material.In a further development of the invention, the annular permanent magnets by means of an annular Pipe piece that with respect to the central axis inside or is arranged outside the annular permanent magnet, to center. This piece of pipe can also be used for Hal serve the permanent magnet. Through such pieces of pipe are unwanted radial forces on the anchor of the simple solenoids reduced. That either inside or outside on Pipe piece arranged permanently magnet is optional made of soft magnetic or austenitic material.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der ringförmige Permanentmagnet an seiner dem Polkern zuge wandten Stirnseite mit einer konusförmigen Stirnwandung versehen ist und diese konusförmige Stirnwandung flächig an einer entsprechenden konusförmigen Wandung des Polkerns anliegt. Durch diese Steuerkonusbildung kann die Hubkraft charakteristik des Einfachhubmagneten gezielt beeinflußt werden.Another development of the invention provides that the annular permanent magnet on the pole core turned end face with a cone-shaped end wall is provided and this conical front wall a corresponding conical wall of the pole core is present. Through this control cone, the lifting force Characteristics of the single solenoid are influenced in a targeted manner will.

Der Einfachhubmagnet nach der Erfindung kann auch derart angesteuert werden, daß der Erregerstrom zum Bestromen der Erregerspule zunächst so groß gewählt wird, daß der Anker seine Hubendlage erreicht und anschließend auf einen den Anker gerade noch in seiner Hubendlage haltenden Wert abge senkt wird.The single stroke magnet according to the invention can also be used in this way can be controlled that the excitation current to energize the Excitation coil is initially selected so large that the armature reached its stroke end position and then on one Anchor just barely held in its stroke end position is lowered.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend näher erläutert.Embodiments of the invention are as follows explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Eine Schnittansicht durch ein erstes Ausfüh rungsbeispiel eines Einfachhubmagneten nach der Erfindung mit einem in der nichtmagnetischen Trennung zwischen Polkern und Ankerführungsrohr angeordneten ringförmigen Permanentmagneten, Fig. 1 is a sectional view through a first example of an exporting approximately Einfachhubmagneten according to the invention with a arranged in the non-magnetic separation between pole core and armature guide tube annular permanent magnet,

Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung des in Fig. 1 gezeigten Einfachhubmagneten im Bereich des Permanentmagneten, der eine konusförmige Wan dung aufweist, Fig. 2 is an enlarged detail view of the Einfachhubmagneten shown in Fig. 1 in the region of the permanent magnet having a conical Wan dung,

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich zu Fig. 2 mit einem an der inneren Wandung des Permanentmagneten anliegenden Rohrstück, Fig. 3 is a view similar to Fig. 2 adjacent to an inner wall of the permanent magnet at the pipe piece,

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich zu Fig. 2, jedoch mit einem eine rechteckförmige Querschnittsform aufweisenden ringförmigen Permanentmagneten, Fig. 4 is a view similar to Fig. 2, but having a a rectangular cross-sectional shape of the annular permanent magnet,

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich zu Fig. 4 mit an der Außenwandung des ringförmigen Permanentmagneten anliegendem Rohrstück, Fig. 5 is a view similar to Fig. 4 with abutting on the outer wall of the annular permanent magnet piece of tube,

Fig. 6 Hubkraft-Kennlinien eines bekannten Einfachhub magneten sowie eines Einfachhubmagneten nach der Erfindung mit gleichgerichteter und entge gengesetzt ausgerichteter Magnetisierung des Permanentmagneten und Fig. 6 lifting force characteristics of a known single-stroke magnet and a single-stroke magnet according to the invention with rectified and oppositely aligned magnetization of the permanent magnet and

Fig. 7 Hubkraft-Kennlinien eines bekannten sowie eines Einfachhubmagneten nach der Erfindung mit entgegengesetzt ausgerichteter Magnetisierung des Permanentmagneten für verschiedene Strom stärken. Fig. 7 lifting force characteristics of a known and a single solenoid according to the invention with oppositely aligned magnetization of the permanent magnet for different currents.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.Designate in the following figures, unless otherwise indicated, same reference numerals, same parts with the same Meaning.

Der in der Fig. 1 dargestellte Einfachhubmagnet weist einen entlang einer Achse X bewegbaren, kolbenförmigen Anker 7 sowie eine koaxial zu diesem Anker 7 angeordnete Erregerspu le 5 und einen Magnetkörper zur Magnetfeldführung auf. Der Magnetkörper besteht im wesentlichen aus einem koaxial zur Achse des Ankers 7 angeordneten Ankerführungsrohr 6 und einem dem Ankerführungsrohr 6 in einem Abstand gegenüberlie genden Polkern 2 bzw. Ankergegenstück. Der Polkern 2 und das Ankerführungsrohr 6 sind über ein rohrförmiges Gehäuse 3, das außen um die Erregerspule 5 herum geführt ist, zum Schließen des magnetischen Kreises miteinander verbunden. Der Polkern 2 weist darüber hinaus einen in Richtung Anker führungsrohr 6 weisenden, ringförmigen Fortsatz 13 auf. Der ringförmige Fortsatz 13 hat in etwa den gleichen Innendurch messer wie das Ankerführungsrohr 6. Die Stirnseite des Ankerführungsrohres 6 und des ringförmigen Fortsatzes 13 sind zueinander beabstandet angeordnet und bilden bei den herkömmlichen Einfachhubmagneten eine ringförmige nichtma gnetische Trennung.The single-stroke magnet shown in FIG. 1 has a piston-shaped armature 7 which can be moved along an axis X and an excitation coil 5 arranged coaxially with this armature 7 and a magnetic body for guiding the magnetic field. The magnet body consists essentially of an armature guide tube 6 arranged coaxially to the axis of the armature 7 and an armature guide tube 6 at a distance from the opposite pole core 2 or armature counterpart. The pole core 2 and the armature guide tube 6 are connected to one another via a tubular housing 3 , which is guided around the outside of the excitation coil 5 , in order to close the magnetic circuit. The pole core 2 also has a guide tube 6 pointing in the direction of the armature, annular extension 13 . The annular extension 13 has approximately the same inner diameter as the armature guide tube 6 . The end face of the armature guide tube 6 and the annular extension 13 are spaced apart and form an annular non-magnetic separation in the conventional single solenoid.

Innerhalb der konzentrisch zur Achse X liegenden Öffnung 12 des Magnetkörpers und damit des Polkernes 2 und des Anker führungsrohres 6 ist ein kolbenförmiger Anker 7 angeordnet. Diese Öffnung 12 wird auch als Arbeitsluftspalt bezeichnen. Dieser Anker 7 weist an seiner im Inneren des Magnetkörpers liegenden Stirnseite eine Hubstange 1 auf. Diese Hubstange 1, die konzentrisch am Anker 7 angeordnet und mit dem Anker 7 feststehend in Verbindung ist, ragt durch eine mittige Öffnung des Polkernes 1. Sowohl der Anker 7 als auch die Hubstange 1 werden innerhalb ihrer Öffnungen von Gleitringen 11 bzw. 14 geführt.A piston-shaped armature 7 is arranged within the opening 12 of the magnet body, which is concentric to the axis X, and thus the pole core 2 and the armature guide tube 6 . This opening 12 is also referred to as the working air gap. This armature 7 has a lifting rod 1 on its end face located inside the magnet body. This lifting rod 1 , which is arranged concentrically on the armature 7 and is fixedly connected to the armature 7 , projects through a central opening of the pole core 1 . Both the armature 7 and the lifting rod 1 are guided within their openings by slide rings 11 and 14 , respectively.

In Fig. 1 ist der Anker 7 in seiner Ruhestellung darge stellt. Die Erregerspule 5 wird hierbei nicht von Strom durchflossen. Bei Bestromung der Erregerspule 5 bewegt sich der Anker 7 in Richtung Polkern 2 aufgrund des sich ausbrei tenden Magnetfeldes innerhalb des Magnetkörpers. Um ein Anhaften des Ankers 7 am Polkern 2 zu vermeiden, ist die Stirnseite des Ankers 7 mit einer Antihaftscheibe 8 verse hen.In Fig. 1 the anchor 7 is Darge in its rest position. Current does not flow through excitation coil 5 . When the excitation coil 5 is energized, the armature 7 moves in the direction of the pole core 2 due to the expanding magnetic field within the magnet body. In order to prevent the armature 7 from sticking to the pole core 2 , the end face of the armature 7 is hen with an anti-adhesive disk 8 verses.

Der Einfachhubmagnet nach der Erfindung weist im Gegensatz zu herkömmlichen Einfachhubmagneten einen ringförmigen Permanentmagneten 4 auf, der in der sonst üblichen nicht magnetischen Trennung zwischen Polkern 2 und Ankerführungs rohr 6 angeordnet ist. Die nichtmagnetische Trennung wird üblicherweise durch einen Arbeitsluftspalt oder durch das Anordnen eines nichtmagnetischen Ringes im Spalt zwischen Polkern 2 und Ankerführungsrohr 6 vorgesehen.The single stroke magnet according to the invention, in contrast to conventional single stroke magnets, has an annular permanent magnet 4 , which is arranged in the otherwise non-magnetic separation between the pole core 2 and the armature guide tube 6 . The non-magnetic separation is usually provided by a working air gap or by arranging a non-magnetic ring in the gap between the pole core 2 and the armature guide tube 6 .

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist der ringförmige Fortsatz 13 des Polkernes 2 mit einer konusförmigen Außen wandung versehen. Der ringförmige Permanentmagnet 4 liegt an dieser konusförmigen Wandung flächig an und ist daher eben falls konusförmig ausgebildet.In the embodiment of Fig. 1, the annular extension 13 of the pole core 2 is provided with a conical outer wall. The ring-shaped permanent magnet 4 lies flat against this conical wall and is therefore also of a conical shape.

In Fig. 2 ist der in Fig. 1 mit A bezeichnete Bereich um den ringförmigen Permanentmagneten 4 der Deutlichkeit halber vergrößert dargestellt. Es ist deutlich die konusförmige Außenwandung des ringförmigen Fortsatzes 13 des Polkernes 2 zu erkennen, an welcher der Permanentmagnet 4 flächig an liegt. Der Permanentmagnet 4 weist darüber hinaus im An schluß an seinen konusförmigen Bereich einen Abschnitt konstanter Dicke auf.In FIG. 2, the area designated by A in FIG. 1 around the annular permanent magnet 4 is shown enlarged for the sake of clarity. It can be clearly seen the conical outer wall of the annular extension 13 of the pole core 2 , on which the permanent magnet 4 lies flat. The permanent magnet 4 also has a section of constant thickness in its conical region.

Wie im Zusammenhang mit Fig. 6 noch erläutert werden wird, ist der ringförmige Permanentmagnet 4 in bezug auf die Achse X axial magnetisiert. Diese Magnetisierung kann gleichge richtet oder entgegengesetzt gerichtet zum Magnetisierungs verlauf, der sich bei Bestromung der Erregerspule 5 im Magnetkörper ausbildet, gewählt sein. Bei gleichgerichteter Magnetisierung wird eine steilere Hubkraftkennlinie er reicht, während bei entgegengesetzter Ausrichtung der Magne tisierung eine Erhöhung der Hubarbeit und bessere Linearität der Magnetkraft-Hub-Kennlinie bzw. eine geringere Ansteuer leistung bei gleicher Hubarbeit möglich ist.As will be explained in connection with FIG. 6, the annular permanent magnet 4 is axially magnetized with respect to the axis X. This magnetization can be oriented in the same direction or in the opposite direction to the magnetization which is formed when the excitation coil 5 is energized in the magnet body. With magnetization aligned in the same direction, a steeper lifting force characteristic curve is sufficient, while with opposite magnetization orientation, an increase in the lifting work and better linearity of the magnetic force lifting characteristic curve or a lower control power is possible with the same lifting work.

In den folgenden Fig. 3 bis 5 sind weitere Ausführungs beispiele dargestellt, wie der ringförmige Permanentmagnet 4 ausgestaltet und zwischen Polkern 2 und Ankerführungsrohr 6 angeordnet werden kann.In the following FIGS. 3 to 5 further execution examples are shown, how the annular permanent magnet 4 is designed and can be arranged between the pole core 2 and armature guide tube 6 .

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, daß ein im Vergleich zur Wandstärke des Ankerführungsrohres 6 bzw. des ringförmigen Fortsatzes des Polkernes 2 dünnwandiges Rohrstück 9 vorgesehen ist, das den Polkern 2 mit dem Ankerführungsrohr 6 verbindet. Das dünn wandige Rohrstück 9 liegt dabei auf der Innenwandung des ringförmigen Permanentmagneten 4 an. Dieses dünnwandige Rohrstück 9 dient zur Zentrierung des Permanentmagneten 4, wodurch unerwünschte Radialkräfte auf den Anker infolge des Permanentmagneten 4 verringert werden können. Das Rohrstück 9 besteht vorzugsweise aus weichmagnetischem oder austeni tischem Material.The embodiment shown in Fig. 3 differs from that shown in Fig. 1 and Fig. 2 illustrated embodiment, only in that a thin-walled compared to the wall thickness of the armature guide tube 6 and the annular protrusion of the pole core 2 piece of pipe 9 is provided that the pole core 2 connects to the anchor guide tube 6 . The thin-walled pipe section 9 lies on the inner wall of the annular permanent magnet 4 . This thin-walled pipe section 9 serves to center the permanent magnet 4 , as a result of which undesired radial forces on the armature as a result of the permanent magnet 4 can be reduced. The pipe section 9 is preferably made of soft magnetic or austenitic material.

Zur besseren Zentrierung und Halterung des Permanentmagneten 4 ist auch eine Lösung gemäß Fig. 5 möglich. Der ringförmi ge Permanentmagnet 4 weist eine rechteckförmige Quer schnittsform auf und liegt sowohl am ringförmigen Fortsatz 13, der dieses Mal keinen Steuerkonus aufweist, und an der Stirnseite des Ankerführungsrohres 6 flächig an. Der ring förmige Permanentmagnet 4 weist eine etwas geringere Dicke als der ringförmige Fortsatz 13 bzw. das Ankerführungsrohr 6 auf. Die Innenwandungen des ringförmigen Fortsatzes 13, des ringförmigen Permanentmagneten 4 und des Ankerführungsrohres 6 sind bündig zueinander ausgerichtet. Auf der Außenwandung des ringförmigen Permanentmagneten 4 ist ein dünnwandiges Rohrstück 10 angeordnet, das sich etwas in das Ankerfüh rungsrohr 6 und den ringförmigen Fortsatz 13 hinein er streckt. Das Rohrstück 10 ist hierbei gerade so dick ge wählt, daß die Außenwandungen des ringförmigen Fortsatzes 13, des Rohrstückes 10 und des Ankerführungsrohrs 6 mit einander fluchten. Das Rohrstück 10, das für eine gute Fixierung des ringförmigen Permanentmagneten 4 vorgesehen ist, kann aus weichmagnetischem oder austenitischem Material bestehen.A solution according to FIG. 5 is also possible for better centering and mounting of the permanent magnet 4 . The ringförmi ge permanent magnet 4 has a rectangular cross-sectional shape and lies both on the annular extension 13 , which this time has no control cone, and on the end face of the armature guide tube 6 . The ring-shaped permanent magnet 4 has a somewhat smaller thickness than the ring-shaped extension 13 or the armature guide tube 6 . The inner walls of the annular extension 13 , the annular permanent magnet 4 and the armature guide tube 6 are aligned flush with one another. On the outer wall of the annular permanent magnet 4 , a thin-walled pipe section 10 is arranged, which extends somewhat into the armature guide tube 6 and the annular extension 13 into it. The pipe section 10 is just so thick ge selects that the outer walls of the annular extension 13 , the pipe section 10 and the anchor guide tube 6 are aligned with each other. The pipe section 10 , which is provided for a good fixation of the annular permanent magnet 4 , can consist of soft magnetic or austenitic material.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 weist einen ringförmi gen Permanentmagneten 4 mit rechteckförmiger Querschnittsform auf. Der ringförmige Permanentmagnet 4 liegt flächig an den parallel zueinander verlaufenden stirnflächen des ringförmi gen Fortsatzes 13 und des Ankerführungsrohres 6 an.The embodiment according to FIG. 4 has an annular permanent magnet 4 with a rectangular cross-sectional shape. The annular permanent magnet 4 lies flat against the mutually parallel end faces of the ring-shaped extension 13 and the armature guide tube 6 .

Im Zusammenhang mit den in Fig. 6 gezeigten Hubkraftkennli nien wird die Wirkungsweise des Einfachhubmagneten nach der Erfindung besonders deutlich. Mit a ist die Hubkraftkennli nie eines üblichen Einfachhubmagneten dargestellt. Die Kurve a stellt die Hubkraftkennlinie bei einem bekannten und von der Anmelderin hergestell ten Einfachhubmagneten dar, wenn dessen Erregerspule mit etwa 3,36 A bestromt wird. Dieser bekannte Einfachhubmagnet weist im wesentlichen die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Bauform auf, wobei allerdings zwischen dem ringförmigen Fortsatz 13 des Polkernes 2 und dem Ankerführungsrohr 6 kein Permanentmagnet 4, sondern eine nichtmagnetische Trennung angeordnet ist. In connection with the Hubkraftkennli lines shown in Fig. 6, the operation of the single solenoid according to the invention is particularly clear. The stroke force characteristic of a conventional single solenoid is never shown with a. Curve a represents the lifting force characteristic curve in a known single-stroke magnet manufactured by the applicant when its excitation coil is energized with approximately 3.36 A. This known single-stroke magnet essentially has the design shown in FIGS. 1 and 2, although no permanent magnet 4 , but a non-magnetic separation, is arranged between the annular extension 13 of the pole core 2 and the armature guide tube 6 .

Wird in diesen Arbeitsluftspalt ein ringförmiger Permanent magnet 4 gemäß den Erläuterungen zu Fig. 1 und Fig. 2 eingefügt und dieser derart in bezug auf die Achse x axial magnetisiert, daß dessen Flußdichtevektoren entgegengesetzt zu den sich durch die Bestromung der Erregerspule ausbilden den Flußdichtevektoren im Magnetkörper sind, so stellt sich bei der genannten Stromstärke die Hubkraftkennlinie b ein. Es ist im Vergleich zur Hubkraftkennlinie a ein deutlich waagerechterer Verlauf der Hubkraftkennlinie im Bereich von Hüben zwischen 1,5 mm und 5 mm zu erkennen. Darüber hinaus zeigt sich in diesem Bereich eine deutliche Erhöhung der Hubarbeit bei gleicher Ansteuerleistung. Der Grund hierfür ist, daß der magnetische Fluß bei entgegengesetzter Ausrich tung der Flußdichtevektoren der vom Permanentmagnet 4 und Erregerspule 5 erzeugten Flüsse im Gehäuse 3, Polkern 2 und Ankerführungsrohr 6 stärker in das Ankerinnere gedrängt wird und dadurch höhere Anzugskräfte erzeugt werden.If in this working air gap an annular permanent magnet 4 according to the explanations of Fig. 1 and Fig. 2 is inserted, and this in such a manner x magnetized axially in relation to the axis that its Flußdichtevektoren opposite to be formed by the energization of the exciting coil the Flußdichtevektoren in the magnet body are, the lifting force characteristic curve b is established at the current strength mentioned. In comparison to the lifting force characteristic a, a clearly horizontal profile of the lifting force characteristic can be seen in the range of strokes between 1.5 mm and 5 mm. In addition, this area shows a significant increase in lifting work with the same control output. The reason for this is that the magnetic flux with opposite alignment device of the flux density vectors of the fluxes generated by the permanent magnet 4 and excitation coil 5 in the housing 3 , pole core 2 and armature guide tube 6 is pushed more strongly into the armature interior and thereby higher attraction forces are generated.

Die Hubkraftkennlinie c stellt sich dagegen ein, wenn der Permanentmagnet 4 gleichgerichtet zu den Flußdichtevektoren der von der Erregerspule 5 erzeugten magnetischen Flüsse im Magnetkörper magnetisiert ist. Im Vergleich zu den Hubkraft kennlinien a und b ist ein deutlich steilerer Verlauf der Hubkraftkennlinie zu erkennen. Der Permanentmagnet 4 wirkt nämlich zum Beginn des Hubes des Ankers 7 als Bypass für den Magnetfluß, der dadurch nur geringere Anzugskräfte auf den Anker ausüben kann. Gegen Hubende schließt sich dagegen dieser Magnetfluß stärker über den Arbeitsluftspalt und erzeugt dann wegen der zusätzlich eingeführten Feldstärke durch das Vorsehen des Permanentmagneten 4 größere Anzugs kräfte als ein Einfachhubmagnet mit Arbeitsluftspalt bzw. mit Permanentmagneten, der entgegengesetzt magnetisiert ist. In contrast, the lifting force characteristic curve c is established when the permanent magnet 4 is magnetized in the magnet body in the same direction as the flux density vectors of the magnetic fluxes generated by the excitation coil 5 . In comparison to the lifting force characteristics a and b, a significantly steeper course of the lifting force characteristic can be seen. The permanent magnet 4 acts namely at the beginning of the stroke of the armature 7 as a bypass for the magnetic flux, which can thereby exert only minor attraction forces on the armature. Towards the end of the stroke, on the other hand, this magnetic flux closes more strongly across the working air gap and then, because of the additionally introduced field strength by the provision of the permanent magnet 4, produces greater tightening forces than a single lifting magnet with a working air gap or with permanent magnets which are magnetized in opposite directions.

Fig. 7 zeigt besonders deutlich, wie bei entgegengesetzter Ausrichtung der von Permanentmagnet und Erregerstrom erzeug ten Flußdichtevektoren im Magnetkörper 2, 3, 6 die Hubkraft kennlinie über einen im Vergleich zum üblichen Einfachhubma gneten wesentlich erweiterten Bereich des Erregerstromes linearisiert wird. Fig. 7 shows particularly clearly how with opposite orientation of the flux density vectors generated by the permanent magnet and excitation current in the magnet body 2 , 3 , 6, the lifting force characteristic is linearized over a compared to the usual single stroke magnetically expanded area of the excitation current.

Die Meßkurven d . . . g entsprechen den Hubkraftkennlinien des bereits oben genannten bekannten Magneten und die Meßkurven h . . . l den Hubkraftkennlinien des in der Erfindung beschriebenen Einfachhubmagneten in der Ausführung nach Fig. 1 und 2, wobei den Meßkurven folgende Ströme zugeordnet sind: d,h : 1,08 A; e,i : 2,15 A; f,k : 3,2 A und g,l : 4,3 A.The measurement curves d. . . g correspond to the lifting force characteristics of the known magnet already mentioned above and the measurement curves h. . . . l the Hubkraftkennlinien of Einfachhubmagneten described in the invention in the embodiment according to Figures 1 and 2, wherein the measurement curves, the following streams are associated with: d, h: 1.08 A; e, i: 2.15 A; f, k: 3.2 A and g, l: 4.3 A.

Es ist deutlich zu erkennen, daß die Hubkraftkennlinien des Einfachhubmagneten gemäß Erfindung bei allen Strömen zwi schen Hüben von 1,5 bis 5 mm linear verlaufen, während sie bei einer üblichen Bauform ohne Permanentmagnet 4 einen mit der Stromstärke wachsenden, zunehmend nichtlinearen Verlauf haben.It can be clearly seen that the lifting force characteristics of the single-stroke magnet according to the invention run linearly for all currents between strokes of 1.5 to 5 mm, whereas in a conventional design without permanent magnet 4 they have an increasing, increasingly non-linear course with the current strength.

Die Linearität der Kennlinien beim Einfachhubmagnet gemäß Erfindung wird dadurch erreicht, daß die mit wachsender Stromstärke zunehmende extreme magnetische Sättigung des ringförmigen Fortsatzes 13 des Polkernes 2, aber auch des Magnetgehäuses 3, Ankerführungsrohrs 6 und Ankers 7 durch die entgegengesetzte Ausrichtung der Flußdichtevektoren des Permanentmagneten 4 und der Erregerspule 5 stark zurückgeht.The linearity of the characteristic curves in the single-stroke magnet according to the invention is achieved in that the increasing extreme magnetic saturation of the annular extension 13 of the pole core 2 , but also of the magnet housing 3 , armature guide tube 6 and armature 7 increases with increasing current strength due to the opposite orientation of the flux density vectors of the permanent magnet 4 and the excitation coil 5 drops sharply.

Claims

1. Single-stroke magnet with a magnetic body ( 2 , 3 , 6 ), an excitation coil ( 5 ) at least partially surrounding the magnetic body ( 2 , 3 , 6 ) and one when the excitation coil ( 5 ) is energized within a central cylindrical opening ( 12 ) of the magnetic body ( 2 , 3 , 6 ) along a central axis (X) axially displaceable, piston-shaped armature ( 7 ), the magnetic body ( 2 , 3 , 6 ) having an annular interruption on its cylindrical wall opposite the armature ( 7 ), within which a annular Permantentmagnet (4), characterized in that the annular permanent magnet (4) has a cone-shaped end wall, which lies flat against a hollow cylindrical extension of the pole core (2) of the magnetic body (2, 3, 6) and in respect to the center axis (X) is axially magnetized.

2. Single-stroke magnet according to claim 1, characterized in that the permanent magnet ( 4 ) is magnetized in the same direction to the magnetic flux density vectors which form when the excitation coil is energized in the magnetic body ( 2 , 3 , 6 ).

3. Single stroke magnet according to claim 1, characterized in that the permanent magnet ( 4 ) is oriented opposite to the magnetic flux density vectors which are formed in the magnetic body ( 2 , 3 , 6 ) when the excitation coil ( 5 ) is energized.

4. Single stroke magnet according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pole core ( 2 ) is arranged on an end face of a cylindrical housing ( 3 ), that an armature guide tube ( 6 ) is arranged on the opposite end face of the housing, and The pole core ( 2 ), the housing ( 3 ) and the armature guide tube ( 6 ) form the magnetic body ( 2 , 3 , 6 ).

5. Single stroke magnet according to one of claims 1 to 4, characterized in that with respect to the central axis (X) on the inside of the annular permanent magnet ( 4 ) a thin-walled tube piece ( 9 ) is arranged, the pipe core ( 2 ) and the armature guide tube ( 6 ) of the magnetic body ( 2 , 3 , 6 ) binds ver together.

6. Single stroke magnet according to one of claims 1 to 5, characterized in that with respect to the central axis (X) on the outside of the annular permanent magnet ( 4 ) abuts a thin-walled pipe section ( 10 ) and the permanent magnet ( 4 ) from this pipe piece ( 10 ) held becomes.

7. Single stroke magnet according to claim 6, characterized in that the pipe section ( 10 ) consists of soft magnetic or of tenitic material.

8. Single stroke magnet according to one of claims 1 to 7, characterized in that on the inside of the magnet body ( 2 , 3 , 6 ) lying end face of the armature ( 7 ) an anti-stick disc ( 8 ) is arranged.