DE7026404U

DE7026404U - LIFTING MAGNET

Info

Publication number: DE7026404U
Application number: DE19707026404
Authority: DE
Inventors: Fritz Lothar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-07-14
Filing date: 1970-07-14
Publication date: 1970-12-17

Description

Die Erfindung betrifft Elektro-Hebemagnete zur Handhabung von ferromagnetischen Gegenständen, bestehend aus mindestens drei konzentrisch oder mindestens vier parallel angeordneten Polen und aus mindestens zwei getrennt einschaltbaren Erregerwicklungen. Derartige Hebemagneten sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und bestehen im wesentlichen aus Erregerspulen und einem offenen Magnetkreis, der durch den zu handhabenden ferromagnetischen Gegenstand geschlossen wird. Grundsätzlich besteht bei Hebemagneten die Aufgabe, die Anordnung der einzelnen Bestandteile so zu treffen, dass eine optimale Zugkraft gewährleistet ist. Diese Zugkraft ist eine Funktion der Normalkomponente der Induktion (By) in der Polfläche und ihre Größe für jeden Punkt derselben, ist p = 0,04056.(Byhoch2/1000). Die Nachteile der bekannten Elektro-Hebemagnete der eingangs beschriebenen Art werden an Hand von Fig. 1 der Zeichnung erläutert. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Topf-Hebemagnet und seine Last. Im linken Teil der Fig. 1 ist ein stark vereinfachtes Bild des inneren Magnetfeldes eingezeichnet. Es ist klar zu erkennen, dass nicht alle Feldlinien auf ihrem Weg vom Magnetjoch 1 zur Last 7 die Mittelpole 2,4 und denThe invention relates to electric lifting magnets for handling ferromagnetic objects, consisting of at least three concentrically or at least four parallel poles and at least two separately switchable excitation windings. Such lifting magnets are known in various embodiments and essentially consist of excitation coils and an open magnetic circuit which is closed by the ferromagnetic object to be handled. Basically, the task of lifting magnets is to arrange the individual components in such a way that an optimal tensile force is guaranteed. This tensile force is a function of the normal component of the induction (By) in the pole face and its magnitude for each point thereof is p = 0.04056. (Byhoch2 / 1000). The disadvantages of the known electric lifting magnets of the type described at the outset are explained with reference to FIG. 1 of the drawing. Fig. 1 shows a section through a pot lifting magnet and its load. In the left part of FIG. 1, a greatly simplified image of the internal magnetic field is shown. It can be clearly seen that not all field lines on their way from the magnet yoke 1 to the load 7 have the center poles 2, 4 and the

Außenpol 3 benutzen. Ein Teil der Feldlinien durchsetzt, unter Polen magnetischen Verlusten, die unmagnetischen Erregerwicklungen 5, 6. Daher ist die Normalkomponente der Induktion By nur in den ferromagnetischen Polflächen 2a, 4a, 3a relativ groß: 10 (kG) < By < 20 (kG).Use outer pole 3. A part of the field lines penetrates the non-magnetic excitation windings 5, 6 below the poles with magnetic losses. Therefore, the normal component of the induction By is only relatively large in the ferromagnetic pole faces 2a, 4a, 3a: 10 (kG) <By <20 (kG).

Der Mittelpol 2 mit der Mittelpolfläche 2a ist Erzeuger der maximalen Induktion. Der Polring 4 zwingt der Kreisringfläche 4 seinen Wert des magnetischen Potentials auf, der um den Betrag der Durchflutung der Erregerwicklung 6, geringer ist als der Wert des magnetischen Potentials in 2 und 2a. Die Werte von By im Polflächenkreisring 4a sind zwar relativ hoch, erreichen aber nur etwa 55 bis 60% der Werte von By in der Polfläche 2a. In allen Punkten der Kreisringfläche zwischen den Mittelpolflächen 2a und 4a ist By klein: By kleiner/gleich 1 (kG).The center pole 2 with the center pole face 2a generates the maximum induction. The pole ring 4 forces its value of the magnetic potential on the circular ring surface 4, which is lower than the value of the magnetic potential in FIGS. 2 and 2a by the amount of the flow through the excitation winding 6. The values of By in the pole face annulus 4a are relatively high, but only reach about 55 to 60% of the values of By in the pole face 2a. By is small at all points of the circular ring surface between the center pole surfaces 2a and 4a: By less than / equal to 1 (kG).

Soll eine nennenswerte Steigerung der Zugkraft erreicht werden, so muss By besonders in dieser Fläche und in der Fläche 4a verstärkt werden. Es sind ferner Hebemagnete bekannt, bei denen die Pole 2 und 4 durch eine gemeinsame Polplatte verbunden sind. Diese Ausführungsform besitzt zwar eine erheblich vergrößerte Mittelpolfläche 2a, weist aber folgenden Nachteil auf. Der Pol 4 zwingt der Polplatte, fast bis zur Polkante von Pol 2, seinen Wert des magnetischen Potentials auf. Die Werte von By in diesem Polflächenkreisring sind zwar konstant, erreichen dafür nur etwa 55% der Werte von By im Bereich des Pols 2.If a significant increase in the tensile force is to be achieved, By must be reinforced especially in this area and in area 4a. There are also lifting magnets known in which the poles 2 and 4 are connected by a common pole plate. Although this embodiment has a considerably enlarged central pole face 2a, it has the following disadvantage. The pole 4 forces the pole plate, almost up to the pole edge of pole 2, its value of the magnetic potential. The values of By in this circular pole face ring are constant, but only reach about 55% of the values of By in the area of pole 2.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hebemagneten zu schaffen, bei dem die Tragkraft erheblich gesteigert ist.The invention is based on the object of creating a lifting magnet in which the load-bearing capacity is significantly increased.

Durch die Erfindung wird ein Hebemagnet geschaffen, bei dem die Polflächen mit gleicher Polarität nur kleine Unterschiede im Werte ihrer Normalkomponenten der Induktion By aufweisen, der zwischen diesen Polflächen hohe Werte von By besitzt und eine günstige thermische Belastung der einzelnen Erregerwicklungen aufweist.The invention creates a lifting magnet in which the pole faces with the same polarity have only small differences in the values of their normal components of the induction By, which has high values of By between these pole faces and has a favorable thermal load on the individual excitation windings.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wie an sich bekannt mindestens eine Erregerwicklung als Hauptwicklung(en) Pole oder Polgruppen mit Gegenpolarität trennt, mit der Aufgabe in diesen Polen oder Polgruppen die Gegenpolarität zu induzieren, während die andere(n) Erregerwicklung(en) als Zusatzwicklung(en) zwischen Pole mit gleicher Polarität liegen, mit der Aufgabe in diesen Polen magnetische Potentialdifferenzen zu erzeugen, und dass Haupt- und Zusatzwicklungen derart bemessen sind, dass nach Anschluss dieser Wicklungen an die Stromquelle, die Flächendurchflutung der Hauptwicklung (Dtief1/btief1 = Amperewindungen/Polabstand) zumindest 1,2 mal größer ist als die Flächendurchflutung (Dtief2/btief2) der Zusatzwicklung(en).The invention is characterized in that, as is known per se, at least one excitation winding as the main winding (s) separates poles or pole groups with opposite polarity, with the task of inducing the opposite polarity in these poles or pole groups, while the other excitation winding (s) as Additional winding (s) lie between poles with the same polarity, with the task of generating magnetic potential differences in these poles, and that the main and additional windings are dimensioned in such a way that after these windings are connected to the power source, the surface flow of the main winding (Dtief1 / btief1 = Ampere turns / pole spacing) is at least 1.2 times greater than the surface flow (Dtief2 / btief2) of the additional winding (s).

Erfindungsgemäß wird die Hauptwicklung derart bemessen, dass sie nicht nur den Hauptanteil des gesamten magnetischen Potentials des Hebemagneten liefert, sondern dass der Anstieg des magnetischen Potentials je (cm) Abstand der Pole mit Gegenpolarität, die dieser Wicklung zugeordnet sind, größer ist als der Anstieg des magnetischen Potentials je (cm) Abstand der Pole mit gleicher Polarität, die der oder den Zusatzwicklungen zugeordnet sind. Diese erfinderische Maßnahme lässt sich auf sehr einfache Weise realisieren, beispielsweise durch die Wahl verschiedener Drahtquerschnitte für Haupt- und Zusatzwicklungen. Selbst bei gleichen Querschnitten der Wickelräume für Haupt- und Zusatzwicklung, bei einem Hebemagneten mit zwei Wicklungen, können beispielsweise 80% der Gesamtdurchflutung durch die Hauptwicklung geliefert werden: Dtief1 = 4.Dtief2 (A); btief1 = btief2 (cm); Dtief1/btief1 = 4.Dtief2/btief2 (A/cm).According to the invention, the main winding is dimensioned in such a way that it not only supplies the main part of the total magnetic potential of the lifting magnet, but that the increase in the magnetic potential per (cm) distance between the poles with opposite polarity assigned to this winding is greater than the increase in the magnetic potential per (cm) distance between the poles with the same polarity, which are assigned to the additional winding (s). This inventive measure can be implemented in a very simple manner, for example by choosing different wire cross-sections for main and additional windings. Even with the same cross-sections of the winding spaces for the main and additional winding, in the case of a lifting magnet with two windings, for example, 80% of the total flow can be supplied by the main winding: D low 1 = 4th D low 2 (A); bdief1 = bdief2 (cm); Dtief1 / btief1 = 4th Dtief2 / btief2 (A / cm).

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, dass der Anstieg des magnetischen Potentials zwischen zwei Gegenpole sehr steil ist, daher die Potentialdifferenz zwischen Gegenpole groß ist, dass dagegen jede weitere Potentialdifferenz zwischen Pole mit gleicher Polarität klein bleibt. Die Werte von By steigen nur noch leicht an, von einem Pol zum anderen Pol einer Polgruppe mit gleicher Polarität, und liegen durchweg nur leicht unterhalb des Maximalwertes von By.The advantages achieved by the invention are primarily to be seen in the fact that the increase in the magnetic potential between two opposing poles is very steep, therefore the potential difference between opposing poles is large, whereas any further potential difference between poles with the same polarity remains small. The values of By increase only slightly, from one pole to the other pole of a pole group with the same polarity, and are consistently only slightly below the maximum value of By.

Die Polplatte des Poles mit dem höchsten Wert des magnetischen Potentials, kann so groß gehalten werden, dass sie die zugeordneten Zusatzwicklungen restlos bedeckt. Es ist aber nicht zweckmäßig diese Polplatte, wie an sich bekannt, Pole mit gleicher Polarität aber geringerem Potential berühren zu lassen. Erfindungsgemäß werden diese Pole mit geringerem Potential derart gekürzt, das ein Luftspalt von mindestens einem Millimeter zwischen Pol und Polplatte entsteht. Dieser Luftspalt kann durch einen unmagnetischen Werkstoff wieder geschlossen werden.The pole plate of the pole with the highest value of the magnetic potential can be kept so large that it completely covers the associated additional windings. However, it is not expedient for this pole plate, as is known per se, to have poles with the same polarity but a lower potential touched. According to the invention, these poles with a lower potential are shortened in such a way that an air gap of at least one millimeter is created between the pole and the pole plate. This air gap can be closed again by a non-magnetic material.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Hebemagneten nach der Erfindung dargestellt, und zwar veranschaulichtIn the drawing, embodiments of lifting magnets according to the invention are shown, and indeed illustrated

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Hebemagnet und seine Last; im linken Teil der Figur ist der Feldlinienverlauf angedeutet,1 shows a vertical section through a lifting magnet according to the invention and its load; the course of the field lines is indicated in the left part of the figure,

Fig. 1a ein auf Fig. 1 bezogenes Diagramm, zur Erläuterung des durch die Erfindung erreichten Effektes,Fig. 1a is a diagram related to Fig. 1 to explain the effect achieved by the invention,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen zweipoligen Hebemagnet,2 shows a vertical section through a two-pole lifting magnet according to the invention,

Fig. 2a ein auf Fig. 2 bezogenes Diagramm, zur Erläuterung des durch die Erfindung erreichten Effekts,2a shows a diagram relating to FIG. 2 to explain the effect achieved by the invention,

Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung eines zweipoligen Hebemagneten gemäß der Erfindung.3 shows a further embodiment of a two-pole lifting magnet according to the invention.

Der Magnetkreis eines in Fig. 1 dargestellten Topf-Hebemagnets besteht aus folgenden Dynamostahlgussteilen: einer Mittelpolgruppe 2, 4, einem Magnetjoch 1 und einem Außenpol 3. Als Erregerwicklungen sind eine Hauptwicklung 5 und eine Zusatzwicklung 6, aus Aluminium- oder Kupferdraht, konzentrisch um die Mittelpolgruppe 2, 4 und um den Mittelpol 2 angeordnet. Eine Mittelpolplatte 2a und ein Mittelpolring 4a, schließen die Mittelpolgruppe ab. Der Magnetkreis des Hebemagnets wird durch eine Last 7 kurzgeschlossen. Das im linken Teil der Figur dargestellte, stark vereinfachte Feldlinienbild lässt erkennen, dass die Normalkomponenten der Induktion By, nur im Bereich der ferromagnetischen Polflächen 2a, 4a, 3a relativ groß sein können. Erfindungsgemäß sind Hauptwicklung 5 und Zusatzwicklung 6 aus Drähten oder Bändern mit verschiedenen Querschnitten ausgeführt. Diese Wicklungen sind so bemessen, dass sie nach Anschluss an die nicht gezeigte Stromquelle, die in Fig. 1a gezeigte Verteilung des magnetischen Potentials in der Polfläche bewirken. In Fig. 1 sind zur Orientierung die wichtigsten Pol- und Spulenkanten mit a, b, c, d, e gekennzeichnet. In der Fig. 1a sind diese Punkte, als Bildpunkte A, B, C, D, E im Diagramm enthalten. Die Hauptwicklung 5, baut eine trapezförmige Potentialverteilung auf, die von der Außenpolkante D zur Mittelpolringkante C, schneller linear ansteigt als dies bei bekannten Hebemagneten der Fall ist (gestrichelter Verlauf). Die Zusatzwicklung 6, baut einen weiteren trapezförmigen Potentialanstieg auf, linear ansteigend von der Polkante B zur Polkante A. Im Bereich der Pole 2 und 4, bleibt das induzierte Potential konstant. Die durch die besondere Bemessung der Wicklungen 5 und 6 erzeugte Verstärkung des magnetischen Skalarpotentials im Bereich der Polfläche, ist im Diagramm als schraffierte Fläche zu erkennen. Da die Größe der Induktion in der Polfläche proportional zum magnetischen Skalarpotential ist, zeigt das Diagramm die erreichte Steigerung der Zugkraft.The magnetic circuit of a lifting magnet shown in Fig. 1 consists of the following dynamo cast steel parts: a center pole group 2, 4, a magnet yoke 1 and an outer pole 3. The excitation windings are a main winding 5 and an additional winding 6, made of aluminum or copper wire, concentric around the Center pole group 2, 4 and arranged around the center pole 2. A center pole plate 2a and a center pole ring 4a close off the center pole group. The magnetic circuit of the lifting magnet is short-circuited by a load 7. The greatly simplified field line image shown in the left part of the figure shows that the normal components of the induction By can only be relatively large in the area of the ferromagnetic pole faces 2a, 4a, 3a. According to the invention, the main winding 5 and additional winding 6 are made from wires or strips with different cross-sections. These windings are dimensioned in such a way that, after connection to the current source (not shown), they bring about the distribution of the magnetic potential shown in FIG. 1a in the pole face. In Fig. 1, the most important pole and coil edges are marked with a, b, c, d, e for orientation. In Fig. 1a these points are included as pixels A, B, C, D, E in the diagram. The main winding 5 builds up a trapezoidal potential distribution, which increases linearly from the outer pole edge D to the center pole ring edge C, faster than is the case with known lifting magnets (dashed line). The additional winding 6 builds up a further trapezoidal increase in potential, increasing linearly from pole edge B to pole edge A. In the area of poles 2 and 4, the induced potential remains constant. The amplification of the magnetic scalar potential in the area of the pole face, which is generated by the special dimensioning of the windings 5 and 6, can be seen in the diagram as a hatched area. Since the magnitude of the induction in the pole face is proportional to the magnetic scalar potential, the diagram shows the increase in tensile force achieved.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Hebemagneten, liegt ein U-förmiger Magnetkreis vor. Dieser Magnetkreis besteht wiederum aus folgenden Dynamostahlgussteilen: zwei Polgruppen (9, 10; 9a, 10a) mit Gegenpolarität und einem Magnetjoch 8. Als Erregerwicklungen sind: eine Hauptwicklung 11 und zwei symmetrische Zusatzwicklungen 12, 12a zwischen Gegenpolgruppen und Pole gleicher Polarität angeordnet. Erfindungsgemäß sind Hauptwicklung 11 und Zusatzwicklungen 12, 12a aus
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mit verschiedenen Querschnitten ausgeführt. Diese
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sind so bemessen, dass sie nach Anschluss an die nicht
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The lifting magnet according to the invention shown in FIG. 2 has a U-shaped magnetic circuit. This magnetic circuit in turn consists of the following cast dynamo steel parts: two pole groups (9, 10; 9a, 10a) with opposing polarity and a magnetic yoke 8. The excitation windings are: a main winding 11 and two symmetrical additional windings 12, 12a between opposing pole groups and poles of the same polarity. According to the invention, the main winding 11 and additional windings 12, 12a are made up
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executed with different cross-sections. These
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are dimensioned so that they are not after connection to the
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Stromquelle, die in Fig. 2a gezeigte Verteilung des
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Current source, the distribution of the shown in Fig. 2a
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Orientierung die wichtigsten Pol- und Spulenkanten mit a, b, c, d gekennzeichnet. In der Fig. 2a sind diese Punkte, als Bildpunkte A, B, C, D im Diagramm enthalten.Orientation the most important pole and coil edges marked with a, b, c, d. In FIG. 2a these points are contained in the diagram as pixels A, B, C, D.

Die Hauptwicklung 11 baut eine alternierende, trapezförmige Potentialverteilung auf (im Diagramm ist nur die positive Halbwelle aufgezeigt), die von der Mitte der Polfläche zur Polkante A, schneller linear ansteigt als dies bei bekannten Hebemagneten der Fall ist (gestrichelter Verlauf). Die Zusatzwicklung 12a baut einen weiteren trapezförmigen Potentialanstieg auf, linear ansteigend von der Polkante B zur Polkante A. Wie im Diagramm 1a ist die Verstärkung des magnetischen Skalarpotentials, im Bereich der Polfläche, als schraffierte Fläche zu erkennen. Hier zeigt das Diagramm die erreichte Steigerung der Zugkraft für die rechte Hälfte des Hebemagnets.The main winding 11 builds up an alternating, trapezoidal potential distribution (only the positive half-wave is shown in the diagram), which increases linearly more rapidly from the center of the pole face to the pole edge A than is the case with known lifting magnets (dashed line). The additional winding 12a builds up a further trapezoidal increase in potential, increasing linearly from the pole edge B to the pole edge A. As in diagram 1a, the amplification of the magnetic scalar potential can be seen as a hatched area in the area of the pole face. Here the diagram shows the increase in pulling force achieved for the right half of the lifting magnet.

Fig. 3 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine weitere Ausgestaltung des Hebemagnets nach Fig. 2. Aus dem Diagramm 2a ist ersichtlich, dass die Pole 9a und 10a zwar die gleiche Polarität aber unterschiedliche magnetische Potentiale (Dtief1 und Dtief1 + Dtief2) besitzen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wird der Pol 9a (mit dem höchsten magnetischen Potential) durch eine Polplatte 13a abgeschlossen, die sowohl die Zusatzwicklung 12a wie auch den Pol 10a ganz bedeckt. Der Pol 10a ist derart gekürzt worden, dass eine magnetische Unterbrechung zwischen Pol und Polplatte entsteht. Diese unmagnetische Strecke 14a hindert den Pol 10a daran, dem ganzen Polplattenbereich BC, seinen niedrigeren Wert des magnetischen Potentials aufzuzwingen. Die gestrichelte Kurve C, im Diagramm 2a, zeigt die durch diese Maßnahme erreichte Steigerung des magnetischen Potentials, im Bereich AC der Polfläche. Die Folge ist eine erneute Steigerung der Zugkraft.FIG. 3 shows a partial cross-section through a further embodiment of the lifting magnet according to FIG. 2. It can be seen from diagram 2a that poles 9a and 10a have the same polarity but different magnetic potentials (D low 1 and D low 1 + D low 2). In a further embodiment of the invention, the pole 9a (with the highest magnetic potential) is terminated by a pole plate 13a which completely covers both the additional winding 12a and the pole 10a. The pole 10a has been shortened in such a way that a magnetic interruption is created between the pole and the pole plate. This non-magnetic path 14a prevents the pole 10a from imposing its lower value of the magnetic potential on the entire pole plate area BC. The dashed curve C in diagram 2a shows the increase in the magnetic potential achieved by this measure, in the area AC of the pole face. The result is a renewed increase in pulling force.

Claims

1) Lifting magnet with an E-, U-shaped or similarly designed magnetic circuit, consisting of at least three concentrically or at least four parallel poles and at least two separately switchable excitation windings, characterized in that, as is known per se, at least one excitation winding as the main winding (s) (5, 11) Poles (3) or pole groups (9, 10) of pole groups with opposite polarity (2, 4; 9a, 10a) separate with the task of inducing the opposite polarity in these poles or pole groups, while the other (n) excitation winding (s) as additional winding (s) (6; 12, 12a) between poles (2, 4; 9, 10; 9a, 10a) with the same polarity, with the task of generating magnetic potential differences in these poles, and that the main (5, 11) and additional windings (6, 12, 12a) are dimensioned in such a way that after these windings are connected to the power source, the surface flow of the main winding (Dtief1 / btief1 = ampere turns / pole spacing) is at least 1.2 times greater than the F. Smile flow (Dtief2 / btief2) of the additional winding (s).

2) Lifting magnet according to claim 1, characterized in that the additional windings (6; 12, 12a) and the associated poles with the same polarity (2, 4; 9, 10; 9a, 10a), by at least one den (the), the pole (s) having the highest magnetic potential (2; 9, 9a) final pole plate (13a) are completely or partially covered, and that at least one non-magnetic gap (14, 14a) denotes the pole (s) with a lower magnetic potential ( 4; 10, 10a) magnetically separates from the pole plate (s) (13, 13a).