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Elektromagnet hoher Zugkraft mit zwei von dem Kraftfluß durchsetzten
gleichsinnig veränderlichen Luftspalten und einem von dem Hauptkraftfluß durchsetzten
Mittelsteg Es sind Magnete mit zwei oder mehr Arbeitsluftspalten bekanntgeworden,
mitwelchenjedoch eine wesentliche Steigerung der Zugkraft nicht erreicht wurde,
da der magnetische Widerstand des Eisens und infolgedessen auch der Verbrauch an
Eisen-AW zu hoch ist oder die aufgewandten Luft-AW nicht restlos zur Erzeugung einer
Nutzzugkraft herangezogen werden können. Bei vorliegender Erfindung wird besonders
in denjenigen Fällen, in welchen infolge hoher Eisensättigung auch eine starke Erhöhung
der zugeführten Energie keinen nennenswerten Zuwachs an Zugkraft mehr hervorzubringen
vermag, eine bedeutende Steigerung der Zugkraft dadurch erzielt, daß durch besondere
Maßnahmen die Luft-AW erhöht, die Eiseninduktion herabgesetzt und der Verbrauch
an Eisen-AM' ungleich stärker vermindert wird. Die Summe der für einen Magneten
für den Kraftlinienweg im magnetischen Material. (in der Folge kurz Eisen benannt)
und in der Luft aufzuwendenden Amperewindungen (AW) muß stets gleich den vorhandenen
der Spule sein. Man kann ferner die AW des oder der Arbeitsluftspalten als die Erzeuger
des Nutzfeldes ansprechen, während die Eisen-AW als unvermeidlicher Verlust zu betrachten
sind. Um eine hohe Zugkraft zu erzielen, muß man also die vorhandenen AW so verteilen,
daß möglichst viel auf den Arbeitsluftspalt entfallen und möglichst wenig auf den
Kraftlinienweg im Eisen. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromagneten
hoher Zugkraft mit zwei von dem Kraftfluß durchsetzten gleichsinnig veränderlichen
Luftspalten und einem von einem Teil des Kraftflusses durchsetzten Mittelsteg. Erfindungsgemäß
ist der Mittelsteg derart bemessen, daß der Hauptkraftfluß über denselben verläuft,
und es sind ein im zylindrischen Hohlraum der .pule gelegener Arbeitsluftspalt mit
gleich großen und einander parallelen Polflächen, ein an der äußeren Zylinderfläche
der Spule befindlicher Arbeitsluftspalt mit einander parallelen Polflächen und zwei
vernachlässigbar kleine unveränderliche zylindrische Luftspalte mit großen Übergangsflächen,
welche Luftspalte alle von dem Hauptkraftflüß durchsetzt werden, vorgesehen. Vorteilhaft
wird der Hub gleich der Spulenlänge gemacht. Bei der Erfindung wird erreicht, daß
das Verhältnis des gesamten Kraftlinienweges in den Arbeitsluftspalten zu demjenigen
im Eisen größer wird, als bei bekannten Ausführungen möglich ist. Der Verbrauch
an Luft-AW wird groß, derjenige für das Eisen dagegen klein, was für die Erlangung
einer großen Zugkraft sehr günstig ist. Wie sich rechnerisch nachweisen läßt, wirkt
sich dieser Vorteil besonders dadurch aus, daß die Induktion im Eisen sich verringert.
Bekanntlich sinkt bei hoher Eisensättigung infolge der Form der Magnetisierungskurve
der Verbrauch an AW pro cm ungleich schneller als die Induktion.
Im
Enderfolg zeigt sich folgendes Bild: Ist z. B. bei einem hochwertigen Kernzugmägneten
das Verhältnis von Luft- zu Eisen-AW gleich o,7?, so wird bei einem Magneten vorliegender
Art mit gleicher Spule und gleicher Erregung dasselbeVerhältnis gleich 6,1, und
der Verbrauch an Eisen-AW geht auf ein Viertel und weniger zurück. Außerdem kann
ein vergrößernder Einfluß auf die Zugkraft gewonnen werden dadurch, daß die Fläche
der Außenpole gleich einem Vielfachen der inneren Spulenquerschnittsfläche gewählt
wird, woraus sich eine Herabsetzung der Luftinduktion und der Luft-AW ergibt. Diese
Maßnahme wirkt besonders dann günstig auf die Zugkraft, wenn der Anteil der Eisen
AW an den Gesamt-AW gegenüber den Luft-AW gering wird.
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Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung werden bei einem Magneten
vorliegender Art der glockenförmige Außenanker und der kolbenförmige Innenanker
als getrennte gegenläufig wirkende Teile ausgebildet. Durch die Gegenläufigkeit
wird der außen nutzbare Hub doppelt so groß wie der Hub jedes einzelnen Ankers.
Es wird dadurch der Vorteil erreicht, daß der Magnet in magnetischer und elektrischer
Hinsicht nur für den halben Nutzhub entworfen werden muß. Je nach der Ausbildung
der Polflächen und Winkel werden die Zugkräfte der beiden Anker gleich oder verschieden
ausfallen.
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Zwecks Verwendung für Wechselstrom muß wenigstens bei größerer Ausführung
der vorliegende Magnet aus Blechen aufgebaut werden. An dem Wesen der Erfindung
wird dadurch nichts geändert. Die Abbildungen gelten deshalb für beide Stromarten.
Bei Gleichstrom entstehen die Magnetkörper durch Drehung des Längsschnittes um die
Längsachse, bei Wechselstrom durch Parallelverschiebung senkrecht zur Schnittebene.
An Stelle der Kreisform tritt dann das Rechteck. Da in diesem Fall die mechanische
Führung der Anker ohne Anwendung einer in der Längsachse liegenden Stange möglich
ist, so kann diese bei Wechselstrom wegfallen.
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Die Magnete nach der Erfindung besitzen bei hoher Zugkraft ein verhältnismäßig
niedriges Gewicht und eine kleine Erregerspule und sind deshalb auch für Ausführung
in großem Maßstabe geeignet, insbesondere zum Antriebe von formgebenden Maschinen
wie: Pressen, Stanzen, Scheren und Spritzgußmaschinen. Der große Vorteil eines derartigen
Antriebes liegt im Fortfall der mehrfachen Zahn- und sonstigen Zwischengetriebe
und deren Kraftverluste und darin, daß die Bewegung des formgebenden Stückes beliebig
begrenzt werden kann. Außerdem kann z. B. ein Preßformstück längere Zeit unter Druck
gehalten werden, wie dies bei Pressen für Kunstharz und Isoliermaterial notwendig
ist. In Abb. i ist ein Magnet dargestellt, bei welchem die Bewegungsrichtung von
Außen- und Innenkonus die gleiche ist. Die Außenkonusse sind mit b und c,
die Innenkonusse mit d und e bezeichnet. Der feststehende Teil A ist aufgebaut
aus den Eisenteilen d, f und b. Ferner gehört dazu die unmagnetische
Buchse i, welche die Erregerspule a in sich schließt, und an welcher der ringförmige
Steg o befestigt ist, welcher die Aufgabe hat, den Hauptkraftfluß möglichst dicht
um die Spule herumzuführen. Auch die unmagnetische Führungsstange la ist feststehend
gezeichnet. Durch die Mutter g drückt die abgesetzte Stange den Konus d an die Rückwand
f an und befestigt dadurch auch die Buchse i an f. Der Anker
B besteht zweckmäßig aus einem einzigen, magnetisch leitenden Stück. Es wird
dadurch der Vorteil erreicht, daß zu dem punktiert gezeichneten Hauptkraftfluß parallel
ein von c über m nach e verlaufender Kraftlinienbogen auftritt. Dadurch
wird der Verlust an AW, der durch die beiden, nichts zur Erzeugung der Zugkraft
beitragenden unveränderlichen Luftspalten außerhalb und innerhalb des ringförmigen
Steges o bedingt ist, ausgeglichen. Zudem können diese Verluste praktisch leicht
so niedrig gehalten werden, daß sie weniger als i°/0 der vorhandenen AW ausmachen.
Diese Spalten können auch durch unmagnetisches Material (Blechzylinder) ausgefüllt
werden. In beiden Abbildungen sind die Eisenquerschnitte des Steges o und die Flächen
der unveränderlichen Luftspalten zwischen dem Steg o und dem Anker B so gewählt,
daß der größte Teil des Kraftflusses, der die beiden Arbeitsluftspalten durchsetzt,
infolge niedrigen magnetischen Widerstandes über den Steg o verläuft und ein kleinerer
Teil über den Anker B in Abb. i, über den Anker B, die Röhren P oder
q
und das feststehende Mittelstück C in Abb. 2. Der Gesamtverlauf des Kraftflusses
zeigt sich in Form eines Kettenglieds mit Mittelsteg. Die in den Abbildungen ersichtliche
Einbuchtung des Steges o ist deshalb vorgesehen, weil der Eisenquerschnitt, radial
nach außen gerechnet, konstant bleiben soll, in der Nähe des Spaltes aber eine Verbreiterung
notwendig ist, um eine große Übertrittsfläche (zum Anker) zu erzielen. Die Stange
h kann auch im Anker B
befestigt werden, so daß sie in A -gleitet. Ferner
kann der Hohlkonus an A und der Vollkonus an B angebracht werden, also umgekehrt
wie in der Zeichnung dargestellt. Jedoch wird bei der gezeichneten Form der Anker
leichter, was mit Rücksicht auf die erforderliche Beschleunigung von Wert ist. Die
zur Verminderung der gleitenden Reibung dienende Buchse k bleibt ohne jeden Einfluß
auf die Zugkraft.
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In Abb.2 ist der Magnet mit gegenläufigen Ankern dargestellt. Außer
dem feststehenden Teil A mit der Erregerspule und der Buchse i
ist
noch ein zweiter feststehender Teil c vorhanden, welcher mit dem Steg o, dem Hohlkonus
e und den beiden Röhren P und q aus einem Stück besteht. Auf der Röhre P gleitet
der glockenförmige Anker B nach links, während in der Röhre q die unmagnetische
Stange h
unter dem Druck des Innenkonus D sich nach rechts bewegt. Die Konusflächen
sind wieder mit b, c, d, e bezeichnet. y und s sind ringförmige Lager,inwelchenderMagnetbeiderseitsruht.
Die Stange h ist in den Kolben D eingeschraubt gezeichnet, kann aber
auch durch denselben durchgeführt und links davon gelagert werden. Der Kolben D
läuft in den unmagnetischen Buchsen i und t und kommt mit dem Eisenkörper
A
nicht in unmittelbare Berührung. Die beiden schädlichen Luftspalte zwischen
D und A einerseits sowie zwischen o und B andererseits können ebenfalls,
wie in Abb. i, so bemessen werden, daß ihr Verbrauch an AW praktisch bedeutungslos
wird. Außerdem tritt hier auch, wie inAbb. i, ein den Verbrauch an Eisen-AW herabsetzender
magnetischer Nebenschluß von c über m nach e auf. Nach der Zeichnung wird die Zugkraft
der beiden gegenläufigen Anker an dem rechten Ende des Magneten abgegeben. Die Zugkraft
des Kolbens D kann man jedoch auch am linken Ende sich auswirken lassen.