DE649291C

DE649291C - Magnet mit elektrischer Erregung durch Zylinderspulen und einem einzigen veraenderlichen Luftspalt im magnetischen Kreis

Info

Publication number: DE649291C
Application number: DED68837D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-09-29
Filing date: 1934-09-29
Publication date: 1937-08-21

Description

"ΛΙΌ49291

Die erzielte Vergrößerung der Anfangszugkraft des Magneten mit außerhalb der Spule liegendem Arbeitsluftspalt gegenüber bekannten Ausführungen beruht darauf, daß durch große Polflächen der Verbrauch an Luftamperewindungen erheblich herabgesetzt wird. Der hierdurch verfügbar werdende Überschuß an Amperewindungen der Spule ' hat eine Steigerung des Gesamtflusses zur

ίο Folge, vorausgesetzt, daß die Eisensättigung niedrig und der Aufwand an Eisenamperewindungen gegenüber den Luftamperewindungen klein hleibt (< io*/₀ der Luftamperewindungen). Dann nimmt trotz der stark vergrößerten Polfläche die Induktion im Arbeitsluftspalt nur wenig ab, so daß die Steigerung der Anfängszugkraft nach der Maxwellschen Formel ihre Erklärung findet durch die Zunahme des der Zugkraft verhältnisgleichen Produktes aus dem nur wenig gesunkenen Quadrate der Luftinduktiori und der vervielfachten Polflächengröße. Um einen geringen Aufwand an Eisenamperewindungen zu erzielen, muß der Eisenquerschnitt überall reichlich, d. h. praktisch nicht kleiner als der Kernquerschhitt innerhalb der Spule gewählt werden. xA.ußerdem ist der Verbrauch an Amperewindungen des an der Sitzfläche des Ankers befindlichen unveränderlichen, durch

3Q eine dünne Buchse aus nichtmagnetischem Material verursachten Luftspaltes dadurch vernachlässigbar klein gehalten, daß die Spaltoberfläche groß und der Spaltabstand klein gemacht wird. Unter diesen Voraussetzungen ergibt sich gegenüber Kernzugmagneten eine mehrfach höhere Zugkraft, und die bisher allgemein herrschende Anschauung, daß eine große Zugkraft in erster Linie durch eine hohe Luftinduktion im Arbeitsluftspalt bedingt wird, ist durch vorliegende Erfindung widerlegt. Da die Polflächen beliebig groß gemacht werden können, wird die erreichbare Anfangszugkraft in weiten Grenzen von der zugeführten Energie unabhängig. Bei niedriger Energiezufuhr ist es nur notwendig, die Polflächen entsprechend zu vergrößern, um die gleiche Eiseninduktion, Feldstärke, Zugkraft und wirtschaftliche Ausnutzung des Magneten ohne nennenswerte Gewichtsvermehrung zu erreichen wie bei· höherer Energiezufuhr. Im allgemeinen muß also die Polfläche des Ankers bei gleicher Eisensorte um so größer sein, je geringer die zugeführte Energie ist. Im Gegensatz zu Kernzugmagneten mit konischem Anker wird bei dem Erfindungsgegenstand eine große Anfangszugkraft bei großem Hub und ausreichender Energiezufuhr auch schon dann erreicht, wenn, ein senkrechter Übertritt der Kraftlinien von Pol zu Pol nicht mehr mög-Hch ist, da die bei Kernzugmagneten durch übermäßig hohe Eiseninduktion in der kegelförmigen Spitze des Ankers verursachte Isthmuswirkung bei vorliegendem Außenkonusanker nicht auftreten kann. Dieser Fall ist in Abb. 1 und 3 dargestellt, wie an dem

eingetragenen Winkel β zu erkennen ist Wesentlich für die Erlangung einer das bei Kernzugmagneten mit gleichem Konuswinkej:, erreichbare Maß weit übersteigenden Zug:. kraft ist die Anwendung einer Polfläche, $rtj größe'r ist, als bei einem Kernzugmagneten mit gleichem Konuswinkel und derselben Spule möglich ist, wobei außer dem dadurch verringerten magnetischen Widerstand des ίο Arbeitsluftspaltes auch derjenige des gesamten übrigen magnetischen Flusses klein zu halten ist durch reichliche Bemessung der Eisenquerschnitte und der Oberfläche des unveränderlichen Spaltes bei geringem Spaltabstand. Ob der Kraftfluß indessen ganz oder zum Teil über einen Mittelsteg oder ganz über den Anker und eine Führungsstange geleitet wird, ist für die Erlangung einer großen Anfangszugkraft weniger bedeutungsvoll. Für den Fall, daß der gesamte Kraftfluß auf dem kürzesten Wege, also über einen Mittelsteg e, um die Spule geleitet werden soll, in welchem Falle der Aufwand an Eiseuamperewindungen ein Minimum wird, sind durch zweckentsprechende Abmessungen die magnetischen Leitfähigkeiten dieses Mittel Steges sowie der Übergangsluftfläche zwischen Mittelsteg und Anker groß zu halten. Der Ankerboden m kann alsdann aus nichtmagnetischem Material bestehen oder auch ganz wegfallen, wobei der Anker auf dem an der Übergangsfläche zum Anker zu einer Röhre verbreiterten Mittelsteg mechanisch geführt und die sonst als Führungsstange dienende Kernverlängerung d entbehrlich wird. Der Querschnitt des Ankermantels ist erfindungsgemäß, bei Anwendung gleichen Materials, mindestens gleich dem Kernquerschnitt im Inneren der Spule zu machen und die Polfläche des Ankers gleich einem Vielfachen, des Ankermantelquerschnittes. Um eine hohe Anfangszugkraft zu erhalten, ist es jedoch nicht notwendig, daß die Fläche des feststehenden Poles ebenso groß ist wie diejenige des Ankerpoles; auch können die Konuswinkel der Pole verschieden sein.

In Abb. ι ist ein Ausführungsbeispiel des Magneten mit rechteckigem Spulenquerschnitt dargestellt. Der feststehende Teil A (Spulenträger) ist mit der als Führungsstange dienenden Verlängerung d des Kernes aus einem Stück bestehend gezeichnet. Der glokkenförmige Anker B besteht nach der Zeichnung mit dem Führungsrohr b ebenfalls aus einem Stück. Die Scheibe e hält im Verein mit der unmagnetischen Führungsbuchse / die Spule α in ihrer Lage fest. Je nachdem diese Scheibe e aus unmagnetischem oder magnetischem Material besteht, verläuft der Kraftfluß vollständig oder zum Teil über den Mantel /' und die Führungsstange d oder auch ganz über die Scheibe e, wenn der ' Ankerboden m aus unmagnetischem Material ^■besteht oder nicht vorhanden ist. In jedem ■;]^alle ist das Auftreten eines magnetischen : 1?^tentialgefälles und damit einer Zugkraft ,zwischen dem Ankerboden m und der Scheibe e praktisch unmöglich gemacht. Die Scheibe e kann auch mit dem Kern aus einem Stück bestehen (Abb. 3). Der Querschnitt des Ankermantels ist etwas größer als der Kernquerschnitt im Spuleninneren, und die Polflächen sind gleich groß und mit gleichem Konuswinkel gezeichnet. Die Fläche des feststehenden Poles greift etwas über die Spule, kann jedoch auch so weit nach links gerückt werden, daß der Hub genau gleich der Spulenlänge wird.

Abb. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, jedoch mit rundem Spulenquerschnitt. Der feststehende Teil ist aus den Stücken n,d und der diese beiden Stücke verbindenden, links mit Gewinde und rechts mit einem Kopf p versehenen Stange c zusammengesetzt gezeichnet, kann aber auch aus einem Stück bestehen. Der größere Hohlraum der Führungsstange d ist zur Unterbringung einer Rückzugsfeder ν ausgenutzt, weiche während des Hubes durch eine Platte u, zusammengedrückt wird. Der Anker B ist mit dem Führungsrohr b aus einem Stück bestehend gezeichnet. Die Spule α wird durch einen Ring r aus beliebigem Material und von keilförmigem Querschnitt im Verein mit der Führungsbuchse / in ihrer Lage festgehalten. Die Stange c ist magnetisch leitend. Um den Hub vollständig ausnutzen zu können, ist der Anker innen kreisringförmig konkav ausgeführt, so daß er bei Hub gleich Null dicht an der Spule anliegt. Der gegenüberliegende feststehende Teil η ist ebenfalls konkav an der Spule anliegend ausgebildet.

Bei dem durch Abb. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Mittelsteg e, um eine magnetisch gut leitende Übergangsfläche zum Anker zu schaffen, zu einer Röhre g verbreitert, über welche eine lange dünne, auch die Spule α vollständig überdeckende Buchse / aus nichtmagnetischem Material übergeschoben ist. Statt dieser zylindrischen Buchse/ können auch, wie Abb. 4 zeigt, einzelne Blechstreifen / verwandt werden. Nach der Zeichnung sind diese Streifen in die Röhre g eingebettet dargestellt. Die Fläche des feststehenden Poles ist in Abb. 3 kleiner als diejenige des Ankerpoles gezeichnet. Durch Befestigung des Ankers an einem Hebel ergibt sich auch ohne Anwendung einer Buchse aus unmagnetischem Material eine Möglichkeit, den Anker so zu führen, daß er während der Bewegung den Mittelsteg e oder dessen Verängerung g nicht berührt.

Der Magnet nach der Erfindung wird auch für Dauerbelastung mit Wechselstrom verwendbar, wenn die magnetisch leitenden Teile aus Blechen aufgebaut werden. An Stelle des runden Querschnittes des Eisens treten dann die beiden rechteckigen: An dem Wesen der Erfindung wird dadurch nichts geändert. Besonders geeignet für Wechselstrom ist die Ausführung nach Abb. 3. Es ergeben sich hiernach zwei Anker, die in ungekuppeltem Zustande zu verschiedenen Zeiten beweglich sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Magnet mit elektrischer Erregung durch Zylinderspulen und einem einzigen veränderlichen Luftspalt im magnetischen Kreis, bei dem die Luftübertrittsflächen des magnetischen Feldes außerhalb des zur Spule unbeweglichen Kernes liegen und die Größe der Luftübertrittsfläche ein Vielfaches des Kernquerschnittes beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Polflächengröße zum Kernquerschnitt abhängig von der Amperewindungszahl der Spule und dem gesamten Widerstand des magnetischen Kreises so groß gewählt wird, daß das Produkt aus dem Quadrate der Induktion im Luftspalt und der Polflächengröße ein Maximum wird.

2. Magnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausgangsstellung des Ankers die Verbindungsgerade zwischen der Außenkante der Ankerpolfläche und der Innenkante des feststehenden Poles einen Winkel (ß) größer als 90⁰ mit der Fläche des feststehenden Poles einschließt.

3. Magnet nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Kraftfluß über den Ankermantel (B) und die Führungsstange (d) verläuft.

4. Magnet nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleinerer Teil des Kraftflusses über die Scheibe ie) fließt.

5. Magnet nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Kraftfluß über den zu einer großen Übergangsfläche (g) verbreiterten Mittelsteg (e) fließt.·

6. Magnet nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ankerboden (m) und der Scheibe (e) kein magnetisches Potentialgefälle besteht.

7. Magnet nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenquerschnitt im Zuge des Kraftlinienverlaufes überall mindestens gleich dem Kernquerschnitt im Inneren der Spule ist.

8. Magnet nach Anspruch 1 bis 7, da- » durch gekennzeichnet, daß die feststehende Polfläche kleiner ist als diejenige des Ankers.

9. Magnet nach Anspruch 1 bis 3 und 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei völlig anliegendem Anker der feststehende Teil (w) und der Anker (B) die Spule kreisbogenförmig umgeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen