EP0644561B1 - Direct current electromagnetic actuator - Google Patents

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EP0644561B1
EP0644561B1 EP94114477A EP94114477A EP0644561B1 EP 0644561 B1 EP0644561 B1 EP 0644561B1 EP 94114477 A EP94114477 A EP 94114477A EP 94114477 A EP94114477 A EP 94114477A EP 0644561 B1 EP0644561 B1 EP 0644561B1
Authority
EP
European Patent Office
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armature
iron system
magnet
magnetic
counterpart
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP94114477A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0644561A1 (en
Inventor
Wilhelm Dr. Dipl.-Ing. Binder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Binder Magnete GmbH
Original Assignee
Binder Magnete GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19934331495 external-priority patent/DE4331495C2/en
Priority claimed from DE19944416500 external-priority patent/DE4416500C2/en
Application filed by Binder Magnete GmbH filed Critical Binder Magnete GmbH
Publication of EP0644561A1 publication Critical patent/EP0644561A1/en
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Publication of EP0644561B1 publication Critical patent/EP0644561B1/en
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607Armatures entering the winding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/13Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures characterised by pulling-force characteristics

Definitions

  • the invention relates to a DC solenoid according to the features of the preamble of claim 1.
  • Such a DC solenoid is known for example from DE 36 05 216 A1 or DE-PS 976 704.
  • an electromagnet which has a cylindrical armature which can be moved along an axis, an excitation coil which is arranged coaxially with this armature and a magnetic iron system for guiding the magnetic field.
  • the magnetic iron system consists of a hollow cylindrical pipe guide arranged coaxially to the axis of the armature and an armature counterpart at a distance from the pipe guide.
  • the armature counterpart is provided with an end wall opposite the armature and with hollow cylindrical walls pointing in the direction of the armature and also arranged coaxially to the axis.
  • the hollow cylindrical tube guide and the hollow cylindrical walls of the armature counterpart are arranged between the excitation coil and the armature.
  • the anchor counterpart and the pipe guide is connected to one another via a housing arranged around the excitation coil for closing the magnetic circuit.
  • Such magnetic iron systems are also referred to as so-called lifting or pulling magnets.
  • the term “magnetic working space” refers to the space that lies within the boundaries of the armature end face, the end face of the armature counterpart and the control cone walls.
  • the impulse control can be controlled, for example, by a switch attached to the end of the stroke, mechanically controlled by the stroke or by a secondary winding of a few turns, an induced control voltage being output for a relay as long as a change in the Manget field takes place during the switching process.
  • a magnetic sensor being able to react function-dependently from the magnetic field of the excitation winding, as well as via an electronically predetermined switching duration of the current surge, which measures the increased lifting power of the magnet system over time as required.
  • the usual impulse times are between 0.1 and 0.2 seconds.
  • EP 0 296 983 A1 discloses a double air gap lifting magnet which has an inner annular and an outer annular air gap. It is of crucial importance in this known solenoid that an armature connected to a piston rod is reduced in mass in order to thereby save weight and thus enable the armature to be moved back and forth more quickly. In this known lifting magnet, the magnetic iron system is narrowed at the parts deflecting the magnetic field lines.
  • the invention is therefore based on the object of providing a direct current lifting magnet which has improved efficiency both in the case of surge operation and continuous operation.
  • the invention is essentially based on the fact that the magnetic iron system with pipe guide, armature counterpart and housing has a cross section which is enlarged in comparison to the armature cross section at its points deflecting the magnetic field lines, at which a deflection angle of the magnetic field line course changes or sets.
  • Q1 denotes the cross-sectional area of the armature
  • Q2 a cross-sectional area of the armature counterpart in a base region of the control cone walls
  • Q3 an area in the region of a first deflection of the magnetic field between armature counterpart and housing wall of the magnetic iron system
  • Q5 a transition surface in the region of a second deflection between an outer tube-like wall of the housing of the magnetic iron system and a cover-like element assigned to the armature counterpart Wall of the housing
  • Q6 a cross-sectional area of the outside housing wall and Q10 a cylindrical transition surface between the pipe guide and anchor.
  • the magnetic field lines in the highly permeable iron system with a reduced flux density can perform a directional component of the iron molecules at the deflecting points with less effort in order to bring about the desired change in the overall direction of the field.
  • the deflection power loss for the four-fold change of direction of the magnetic field around the excitation coil required in conventional solenoids can be kept extremely low in such an implementation.
  • the magnetic iron system together with the excitation coil is constructed at least approximately symmetrically to a magnetic energy symmetry plane running parallel to the cross section of the armature and that the end face of the armature in an initial stroke position lies at least approximately on this symmetry plane. Proceeding from this, the armature can be moved into a stroke end position up to the end wall of the armature counterpart.
  • the cone tip of the cylindrical control cone is also at least approximately abutting the plane of symmetry. In the stroke end position, which is also referred to as the armature field closing position, the "magnetic working space" is completely filled by the armature.
  • the electromagnet is completely symmetrical to the plane of symmetry of the magnetic iron system.
  • the energy content of the two halves of the magnet system on both sides of the plane of symmetry is thus equal in terms of magnetic energy content compared to the cylindrical "magnetic work space". Since the "magnetic working space" in the magnet system according to the invention is acted upon from both sides by straight field lines, an optimal control effect is achieved for the lifting force characteristic adaptation described in DE-PS 976 704.
  • the "cone control" known from DE-PS 976 704 lies geometrically in the magnetically inductive, highly effective, centrally arranged interior of the excitation coil.
  • the outer corners of the magnet system are provided with bulges to increase the radius of the curve, a gradual transition of the cross section before or after the curve to the straight-line part of the magnet system being advantageous.
  • the armature Since the armature is exposed to high magnetic stress in its front part facing the armature counterpart when advancing into the "magnetic working space", it is expedient to manufacture the armature in its front part from a high-quality permeable magnetic material. In the rear part, however, the anchor can consist of a magnetic soft iron material. Otherwise it is possible to build the anchor from a highly permeable material.
  • the surface of the armature opposite the armature face is expediently connected to a short-circuit plate. This is to ensure that in the stroke end position and thus the field closing position, this short-circuit plate is magnetically short-circuited by placing it on the outer wall of the magnetic iron system between the armature and the pipe guide. To increase this effect and thus to increase the holding force of the armature in its stroke end position, an annular recess can be provided on the outer wall of the magnetic iron system between the pipe guide and the housing.
  • the control of the lifting force characteristic curve can be represented for the design of both the impulse-operated magnet system and for the direct network operating method.
  • the cylindrical cone with its conical outer surface is designed to be interchangeable. With the interchangeability of this control cone, the course of the traction curve can be influenced.
  • the magnetic iron system In order to achieve a favorable magnetic field course within the magnetic iron system, it is formed from two parts which are to be connected to one another on the plane of symmetry. Ie that corresponding housing parts are integrally formed on the anchor counterpart on the one hand and on the pipe guide on the other hand, and these two parts on the plane of symmetry can be connected to one another without any air gaps.
  • annular intermediate element made of non-magnetic material is to be arranged in a sealing manner between the opposite and spaced ends of the control cone walls and the pipe guide.
  • the DC solenoid according to the invention enables small magnets to be built which can be kept very small in size.
  • the DC solenoid according to the invention takes advantage of the conditions necessary for effective miniaturization of solenoids. Highly permeable iron grades must be used as the material, the magnetization curves of which meet special conditions for switching the magnetic iron system on and off. In addition, these materials should be easy to machine for production and largely independent of temperature. This is possible by reducing the DC solenoid according to the invention and the magnetic iron system contained therein to extremely simple geometric shapes. In addition, it is possible to design the working air gap which is always required in such a way that the least possible scatter of the magnetic field occurs, particularly in the starting position of the stroke. Furthermore, the DC solenoid according to the invention makes good use of the fact that the "generator lifting force characteristic" can be adapted to a "consumer lifting force characteristic".
  • the main advantages of the DC solenoid according to the invention are essentially in the extremely simple structure, which enables miniaturization of the DC solenoid.
  • the DC solenoid according to the invention is characterized by low stray field and therefore low losses.
  • the magnetic iron system together with the excitation coil can also be formed at least approximately symmetrically with respect to a plane of symmetry running parallel to the cross section of the armature, an end face of the armature in a start of stroke position being arranged at least approximately on this symmetry plane and starting therefrom up to the end wall of the armature counterpart is movable into a stroke end position.
  • the anchor counterpart is provided with a control cone, as is known per se from DE-PS 976 704, then the cone end of the control cone is expediently to be arranged at least approximately abutting the plane of symmetry.
  • the walls of the anchor counterpart can be provided with a control cone.
  • the wall end of the opposite armature is expediently also provided with a control cone and thus a bevel such that the wall ends of the armature and armature counterpart run parallel to one another.
  • the resulting conical shape of the working air gap is particularly suitable for longer lifting heights of the armature. It has been found that the overlapping arrangement of the wall ends of the armature counterpart and armature in the form of bevelled ends results in little magnetic scatter.
  • the wall ends of the armature and armature counterpart can also be made orthogonal to the axis of the DC solenoid.
  • the magnetic lifting force characteristic curve can thus be advantageously adapted to the demand characteristic curve with a corresponding excess force.
  • the housing of the direct current lifting magnet merely consists of a non-magnetic pipe guide, in the ends of which the bottom-like walls of the armature and armature counterpart sit and are flush with the pipe ends of the pipe guide.
  • the non-magnetic pipe guide has an inner cylindrical wall, on the one hand the anchor counterpart is arranged in a fixed manner and on the other hand the anchor is slidably seated.
  • the inner wall of the pipe guide can be used here advantageously as a slideway.
  • the pipe routing can their outer circumference be cylindrical or cuboid. It is only essential that the pipe guide is non-magnetic in order to avoid a magnetic short circuit in the working air gap.
  • FIG. 1 shows an annular coil 1 of a magnet system with a circular coil cross section. If current flows through this ring-shaped coil 1, the magnetic field lines 2 shown in FIG. 1 result. The highest magnetic flux density occurs in the coil center due to the action of the current-carrying ring-shaped coil as a function of the distance from the coil center.
  • annular coil 1 and the magnetic field lines 2 are arranged symmetrically to a plane of symmetry S.
  • the change in direction in the field line image is approximately uniform (similarly circular) and that there are no sharp corners or bends.
  • the deflection angle of the magnetic field lines 2 is therefore almost always the same.
  • the same ring-shaped coil 1 which is also referred to as excitation coil
  • a magnetic iron system 3 as shown in FIG. 2
  • the magnetic iron system 3 is arranged in FIG. 2 in a rotationally symmetrical manner about the excitation coil 1 with respect to the coil axis A and points at its outer Edge a round cross-section. The rounding is correspondingly formed on the course of the magnetic field lines 2 shown in FIG. 1.
  • an armature 5 is shown in Figure 2, which is arranged linearly movable along the coil axis A.
  • the magnetic iron system 3 is provided with an opening for the armature 5.
  • this armature 5 is connected to a piston rod 4, which is arranged lying on the coil axis A at an opening of the magnet system 3 opposite the aforementioned opening for the armature 5.
  • the magnetic iron system 3 together with the coil 1 - with the exception of the openings for the armature 5 and the piston rod 4 - is constructed symmetrically to the plane S.
  • the end face 8 of the armature 5 is again at least approximately at the plane of symmetry S in the starting position of the armature 5.
  • the magnetic iron system 3 in the representation of FIG. 2 is formed in two parts, as shown by the dashed lines in the lower half of the magnetic iron system 3. It goes without saying that it can also be composed of several parts. It is only essential that the magnetic iron system 3 has a pipe guide for the armature 5 and an armature counterpart with an end wall 6 opposite the armature, and walls are also provided which point in the direction of the armature 5 and also lie coaxially to the axis A.
  • the two housing halves are aligned coaxially by fits on the outer diameter of the housing.
  • FIG. 2 shows a special feature of the lifting magnet shown in FIG. 2 .
  • the magnetic iron system 3 is arranged directly around the excitation coil 1 except for the opening for the armature 5. This results in a control cone wall 10 at the edge region of the magnetic displacement 13 in the magnetic iron system 3, as is required from DE-PS 976 704 for adapting the lifting force characteristic of an electric lifting magnet.
  • FIG. 2 also shows a magnetically favorable transition surface 11 between linearly movable armature 5 and magnetic iron system 3.
  • the magnetic displacement has the lowest magnetic energy content.
  • the anchor 5 In the initial stroke position, as shown in FIG. 2 (ie the end face 8 of the armature 5 lies at least approximately on the plane of symmetry S), the magnetic displacement has the lowest magnetic energy content.
  • the anchor 5 In the field closing position, on the other hand, the anchor 5 has a high iron permeability bump against the end wall of the armature counterpart of the magnetic iron system 3 at the end of its working stroke. If the armature 5 is exactly as long as the opening of the magnet iron system 3, the surface opposite the end face 8 of the armature 5 is flush with the outer surface of the magnet iron system 3. This ensures complete symmetry of the magnet system with respect to the plane of symmetry S. If the armature 5 is in its stroke end position, the energy content of the two halves of the magnetic iron system 3 on both sides of the plane of symmetry S is equal in terms of energy content compared to the cylindrically shaped magnetic displacement 13.
  • the magnetic displacement 13 is acted upon from both sides by straight magnetic field lines. This measure achieves an optimal adaptation of the lifting force characteristic, since the control cone wall 10 lies geometrically in the centrally arranged interior of the excitation coil 1.
  • FIG. 3 therefore shows a magnet system according to the invention that is easier to manufacture and that has an excitation coil 1 with an approximately square coil window cross section.
  • the magnetic field lines 2 no longer run in a circle, but approximately along a rectangle with four deflection points in the magnetic iron system 3.
  • the magnetic field line profile has a comparison with the other sections of the magnetic field line profile changed, ie larger deflection angle. According to the magnetic field theory, a remarkable loss of scatter is to be expected with such a change in flow direction, especially with high induction.
  • the magnetic iron system 3 is formed with different cross sections in order to achieve a favorable overall efficiency again, so that the magnetic flux density at the deflection points is reduced, taking into account the permeability properties of the magnetic iron system 3.
  • the magnetic iron system with pipe guide, armature counterpart and housing has a cross section which is enlarged in comparison to the armature cross section at its points deflecting the magnetic field lines 2, at which a directly previous deflection angle changes.
  • the armature cross section is designated Q1 in the illustration in FIG.
  • FIG. 1 In addition to the armature cross section Q1, a further cross section Q2 is shown in FIG.
  • This cross-section referred to below as the conical base cross-section Q2, is the cross-sectional area that the magnet system 3 has at the level of its end wall 6.
  • This conical cross-sectional area Q2 is consequently (disregarding the air gap) the armature cross-section Q1 plus twice the thickness of the wall between the excitation coil 1 and the magnetic displacement 13 in the cone area of the armature counterpart.
  • the magnetic displacement 13 is arranged at least approximately centrally in the magnet system. This means that the magnetic displacement 13 lies at least approximately in the plane of symmetry S and also centrally to the coil plane A. Due to the shape of the magnet system according to the invention at its deflection points for the magnetic field profile, a maximum magnetization and thus lifting force control effect for the armature 5 in the magnetic displacement 13 can be achieved with the control cone walls 10, since this is also arranged centrally in the magnet iron system 3. In this way, novel tractive force curves can be achieved with relatively low electrical power. In addition, the electronic switching elements for controlling the magnet system according to the invention only need to switch lower powers. This central arrangement of the magnetic displacement 13 can take place independently of the thickness dimensioning of the magnetic iron system 3, but is the most effective in combination therewith.
  • FIG. 7 shows a diagram from which the sectional areas Q1 to Q10 shown in FIG. 4 are shown in relation to the anchor cross-sectional area Q1. If the individual cross sections are connected to one another on the basis of a line in the diagram in FIG. 7, the course denoted by I results for the magnet system according to the invention shown in FIG. 4. As can clearly be seen on the basis of this curve profile I, the cross-sectional area increases continuously from Q1 to Q5 and decreases continuously from Q7 to Q9. This avoids that sudden differences in flux density, which lead to losses, can occur in the magnetic circuit of the magnetic iron system 3.
  • FIG. 4 shows the course of the magnetic field lines 2 when the armature 5 moves axially into the magnetic displacement 13.
  • the plane of symmetry S again coincides with the end wall of the armature 5 in the starting position of the armature, the conical tip of the control cone wall 10 abutting the plane of symmetry S at least approximately .
  • FIG. 5 shows the traction force curves of the commercially available lifting magnets for continuous current operation (100% ED) and short-time operation (5% ED).
  • the lifting force is plotted vertically in Ncm and horizontally the stroke in mm.
  • FIG. 5 clearly shows the force characteristic curve running almost horizontally over the entire stroke, both for continuous operation and for short-term operation.
  • FIG. 6 shows the traction force curves of the magnet system according to the invention with the same electrical power and the same external dimensions.
  • the course of the curve during continuous operation of the magnet system according to the invention shows a horizontal traction force curve over the majority of its stroke (approximately 80%), but increases in the remaining part of the stroke to an almost six-fold holding force (see point F in FIG. 6).
  • the curve for short-term operation (5%) shows an approximately six to seven times increased initial lift force compared to the initial force during continuous operation (see point B in FIG. 6) and then increases continuously.
  • the tractive force curve according to the invention is consequently designed for both types of load such that the holding force during continuous operation (point F at 100% ED) can apply the initial force during intermittent operation (point B at 5% ED) with complete certainty (see here the horizontally strongly emphasized comparison line FROM).
  • the magnet system according to the invention has a significantly higher flux density (induction) than the previously known lifting magnet systems and is characterized by better efficiency.
  • the electrical power can be switched to continuous operating power when the armature reaches the end of stroke, and the armature 5 then remains in the end-of-stroke position until the current is finally switched off and the armature returns to the initial stroke position.
  • FIG. 8 shows a further development of the magnet system according to the invention.
  • the representation of FIG. 8 largely corresponds to the representation of FIG. 4, the magnetic iron system 3 being provided with bulges 20 on its edges in order to enlarge the curve radius for the magnetic field lines. These bulges 20 can also be used to specifically reduce the magnetic flux density at the deflecting points.
  • FIG. 9 also shows a lifting magnet, as has already been explained in FIG. 4.
  • the armature 5 is now provided with a short-circuit plate 32 on its outer surface 30, ie on its surface facing away from the armature counterpart.
  • This short-circuit plate 32 has a larger diameter than the armature 5.
  • the lifting magnet shown in FIG. 9 is provided with an annular recess 34 at the outer transition between armature 5 and magnetic iron system 3.
  • the anchor part 5b consists of a highly permeable special material.
  • this armature part 5b runs into the magnetic displacement 13 or working space.
  • the length of this armature part 5b made of special magnetic material with the highest permeability is determined by the fact that at the end of stroke position plus an air gap distance between the armature counterpart and the end wall 8 of the armature 5, a sufficiently large piece of this part 5b in the tubular transition surface of the magnetic iron system 3 is present.
  • the second armature part 5a of the armature 5 consists of conventional magnet soft iron material, the aforementioned short-circuit plate 30 being fastened to this second armature part 5a. This ensures that in the stroke end position of the armature 5, this short-circuiting plate 30 is magnetically short-circuited by lying on the outer wall of the magnetic iron system between the armature 5 and the pipe guide of the magnetic iron system 3.
  • the ring-shaped recess which acts as a bottleneck for the magnetic field lines, serves to increase this effect and thus to increase the holding force.
  • the anchor 5 consists of an anchor part 5b made of highly permeable material and an anchor part 5a made of soft iron material, the anchor 5 can of course be made entirely of the highly permeable material.
  • the transition surface Q10 from the magnetic iron system 3 to the movable armature 5 is to be made geometrically as large as possible in its tubular transition surface, since a magnetic resistance must necessarily be overcome by a few tenths of a mm in diameter.
  • This design-related magnetic resistance is influenced during the lifting process of the armature 5 by the short-circuit plate 30 in the stroke end position.
  • sectional view through the lifting magnet along the sectional line X-X is also shown in the illustration in FIG. From this sectional view it can be seen that the lifting magnet has a square outer contour.
  • the area of the pipe routing of the magnetic iron system 3 is identified by 3a.
  • the lifting magnet shown in FIG. 9 has a magnetic iron system 3 which is assembled from two parts which are each formed in one piece. According to the invention, the housing butt joint 38 of these two parts is placed on or at least in the vicinity of the plane of symmetry S, since the magnetic field lines there run in a straight line.
  • FIG. 10 A magnet system is shown in FIG. 10, the magnet iron system 3 having a housing with an outer circular shape and consisting of two essentially identically shaped, shell-like housing parts, each half of which surround the excitation coil 1. Also in this example the conditions described above with regard to cross sections Q1 to Q10 are observed.
  • the pipe guide 3a of the magnetic iron system 3 is now designed as a separate component.
  • the armature counterpart 3b of the magnetic iron system 3 is also formed separately.
  • the entire magnetic iron system 3 consequently consists of the armature counterpart 3b, the shell-like housing 3c and the pipe guide 3a.
  • the anchor counterpart 3b and the pipe guide 3a are inserted into one of the two tubular parts of the housing walls 3c and fixed there. It is important to ensure that there is no air gap between the individual elements 3a, 3b and 3c.
  • FIG. 11 shows an electromagnet similar to FIG. 10.
  • the magnet system has an armature 5 which has to actuate a hydraulic valve with a threaded connection 50.
  • an annular intermediate element 18 made of non-magnetic material is arranged in a sealing manner between the opposite and spaced ends of the control cone wall 10 and the end of the pipe guide 12.
  • FIG. 11 again shows the separately formed armature counterpart 3b and the separately implemented pipe guide 3c of the magnet system 3.
  • the magnet system in FIG. 11 consists of a tubular outer wall 3c and two cover walls 3d each arranged on the end faces of the magnet system.
  • Q1 to Q10 cross-sectional dimensioning
  • Such a magnet system can be used, for example, for pressure-tight Control magnets, but also for normal solenoids.
  • FIGS. 12 and 13 show the magnet system shown in FIG. 11 in a disassembled state.
  • the magnetic displacement 13 is designed to be pressure-tight due to the insertion of the annular intermediate element 18 between the control cone 10 and the pipe guide 3c.
  • Both the pressure-tight hydraulic pipe system shown in FIG. 12 and a magnetic core system with an armature operating in air, as shown for example in FIG. 10, can be inserted into the opening of the excitation system shown in FIG. 13.
  • the table of the measured data shows that the magnet (type B) according to the invention has a holding force which is sufficiently large to be able to safely still apply about five times the initial lifting force in the case of shock magnetization.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Hubmagneten gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a DC solenoid according to the features of the preamble of claim 1.

Ein solche Gleichstrom-Hubmagnet ist beispielsweise aus DE 36 05 216 A1 oder DE-PS 976 704 bekannt. Dort ist ein Elektromagnet beschrieben, der einen entlang einer Achse bewegbaren, zylinderförmigen Anker sowie eine koaxial zu diesem Anker angeordnete Erregerspule und ein Magneteisensystem zur Magnetfeldführung aufweist. Das Magneteisensystem besteht aus einer koaxial zur Achse des Ankers angeordneten hohlzylindrischen Rohrführung und einem der Rohrführung in einem Abstand gegenüberliegenden Ankergegenstück. Das Ankergegenstück ist mit einer dem Anker gegenüberliegenden Stirnwand und mit in Richtung zum Anker weisenden, ebenfalls koaxial zur Achse angeordneten hohlzylindrischen Wandungen versehen. Die hohlzylindrische Rohrführung und die hohlzylindrischen Wandungen des Ankergegenstücks sind zwischen der Erregerspule und dem Anker angeordnet. Darüber hinaus ist das Ankergegenstück und die Rohrführung über ein um die Erregerspule angeordnetes Gehäuse zum Schließen des magnetischen Kreises miteinander verbunden. Bei Bestromung der Erregerspule wird im Magneteisensystem ein magnetischer Feldlinienverlauf erzeugt, wodurch der kolbenförmige Anker entlang der Achse linear in Richtung zur Ankerstirnfläche hin- bzw. wegbewegt werden kann.Such a DC solenoid is known for example from DE 36 05 216 A1 or DE-PS 976 704. There, an electromagnet is described which has a cylindrical armature which can be moved along an axis, an excitation coil which is arranged coaxially with this armature and a magnetic iron system for guiding the magnetic field. The magnetic iron system consists of a hollow cylindrical pipe guide arranged coaxially to the axis of the armature and an armature counterpart at a distance from the pipe guide. The armature counterpart is provided with an end wall opposite the armature and with hollow cylindrical walls pointing in the direction of the armature and also arranged coaxially to the axis. The hollow cylindrical tube guide and the hollow cylindrical walls of the armature counterpart are arranged between the excitation coil and the armature. In addition, the anchor counterpart and the pipe guide is connected to one another via a housing arranged around the excitation coil for closing the magnetic circuit. When the excitation coil is energized, a magnetic field line course is generated in the magnetic iron system, as a result of which the piston-shaped armature can be moved linearly along the axis in the direction of the armature end face.

Solche Magneteisensysteme werden auch als sogenannte Hub- oder Zugmagnete bezeichnet. Zur Anpassung der Hubkraftcharakteristik ist in der DE-PS 976 704 vorgeschlagen, die hohlzylindrischen Wandungen am Ankergegenstück als Steuerkonuswandungen auszubilden, um mit ferromagnetischen Mitteln den Verlauf der Hubkraftkurve zu beeinflussen und um einen geringen magnetischen Widerstand vom Gehäuse des Magneteisensystems beim Übergang zum beweglichen Anker sowie eine hohe Flußdichte im "magnetischen Arbeitsraum" zu erreichen. Mit "magnetischer Arbeitsraum" ist dabei im folgenden der Raum bezeichnet, der innerhalb der Begrenzungen der Ankerstirnfläche, der Stirnfläche des Ankergegenstücks sowie der Steuerkonuswandungen liegt.Such magnetic iron systems are also referred to as so-called lifting or pulling magnets. To adapt the lifting force characteristic, it is proposed in DE-PS 976 704 to design the hollow cylindrical walls on the armature counterpart as control cone walls in order to influence the course of the lifting force curve with ferromagnetic means and to have a low magnetic resistance from the housing of the magnetic iron system during the transition to the movable armature and one to achieve high flux density in the "magnetic working space". In the following, the term "magnetic working space" refers to the space that lies within the boundaries of the armature end face, the end face of the armature counterpart and the control cone walls.

Bei den bekannten Gleichstrom-Hubmagneten ist es aber weiterhin problematisch, einen guten Wirkungsgrad sowohl bei Stromstoßbetrieb als auch Dauerbetrieb zu ermöglichen.In the known DC solenoids, however, it is still problematic to enable good efficiency in both surge operation and continuous operation.

Wie Elektromagnete mittels eines Computerprogrammes berechnet und entworfen werden können, ist z. B. in Philips techn. Rdsch. 1980/81, Bd. 39, Nr. 2, Seiten 52 - 61 beschrieben.How electromagnets can be calculated and designed using a computer program is e.g. B. in Philips techn. Rdsch. 1980/81, Vol. 39, No. 2, pages 52-61.

Es ist allgemein bekannt, bei magnetischen Hubgeräten (Linear-Hubmagneten, Drehmagneten, magnetisch betätigten Kupplungen und Bremsen) durch einen kurzzeitig stark erhöhten Stromstoß (gegenüber der elektrischen Leistungsbelastung bei Dauereinschaltung) stoßartig die Aktionskraft des Magnetsystems beträchtlich zu erhöhen, um dabei den Schaltvorgang in der zeitlichen Schaltgenauigkeit zu präzisieren und zu verkürzen.It is generally known in magnetic lifting devices (linear lifting magnets, rotary magnets, magnetically actuated clutches and brakes) due to a briefly greatly increased current surge (compared to the electrical power load) with continuous activation) to increase the action force of the magnet system considerably in order to make the switching process more precise and to shorten the switching accuracy over time.

Die Stromstoßsteuerung kann dabei beispielsweise durch einen am Hubende angebrachten, mechanisch vom Hubweg gesteuerten Schalter oder durch eine Sekundärwicklung von wenigen Windungen gesteuert werden, wobei eine induzierte Steuerspannung für ein Relais abgegeben wird, solange eine Mangetfeldänderung während des Schaltvorgangs stattfindet.The impulse control can be controlled, for example, by a switch attached to the end of the stroke, mechanically controlled by the stroke or by a secondary winding of a few turns, an induced control voltage being output for a relay as long as a change in the Manget field takes place during the switching process.

Ebenso ist eine elektronische Steuerung möglich, wobei ein Magnetsensor von dem Magnetfeld der Erregerwicklung funktionsabhängig zu reagieren vermag, wie auch über eine elektronisch fest vorgegebene Schaltdauer des Stromstoßes, der die erhöhte Hubarbeitsleistung des Magnetsystems nach Bedarf zeitlich dimensioniert. Die üblichen Stromstoßdauern liegen etwa zwischen 0.1 und 0.2 Sekunden.Electronic control is also possible, a magnetic sensor being able to react function-dependently from the magnetic field of the excitation winding, as well as via an electronically predetermined switching duration of the current surge, which measures the increased lifting power of the magnet system over time as required. The usual impulse times are between 0.1 and 0.2 seconds.

Solche kurzzeitigen Übererregungen des Magnetsystems werden bei handelsüblichen Elektromagneten je nach Aufgabenstellung angewendet. Bei den bisher üblichen Dimensionierungen des Magnetsystems kann der kurzzeitige Stromstoß nur eine eng begrenzte Leistungssteigerung der Hubarbeit herbeiführen, da das Magnetsystem rasch übersättigt und die Umsetzung der elektrischen Stromstoßleistung nur mit einem schlechten Wirkungsgrad in mechanische Hubarbeit transformiert werden kann.Such short-term overexcitation of the magnet system is used in commercially available electromagnets depending on the task. With the dimensions of the magnet system that have been customary up to now, the brief current surge can only bring about a narrowly limited increase in the power of the lifting work, since the magnetic system quickly becomes over-saturated and the conversion of the electrical power output can only be transformed into mechanical lifting work with a poor efficiency.

Ein weiteres Problem bei den bekannten Gleichstrom-Hubmagneten besteht darin, daß bei Stromstoßbetrieb der Anker des Hubmagneten nach der Stromstoßerregung in seiner Hubendstellung magnetisch mit der Stoßerregungskraft festgehalten werden muß, wobei die überhöhte Haftkraft bei niedriger Leistung (der Dauerbetriebsleistung entsprechend) aufgebracht werden muß. Dies sind zwei entgegengesetzte technische Forderungen im Hubmagnetbau.Another problem with the known DC solenoids is that during surge operation, the armature of the lifting magnet is magnetically held in its stroke end position after the surge excitation with the shock excitation force must, the excessive adhesive force at low power (corresponding to the continuous operating power) must be applied. These are two opposite technical requirements in solenoid construction.

Des weiteren ist aus EP 0 296 983 A1 ein Doppelluftspalt-Hubmagnet bekannt, der einen inneren ringförmigen und einen äußeren ringförmigen Luftspalt aufweist. Von entscheidender Bedeutung bei diesem bekannten Hubmagneten ist, daß ein mit einer Kolbenstange verbundener Anker in seiner Masse reduziert wird, um hierdurch eine Gewichtseinsparung zu erreichen und somit ein schnelleres Hin- und Herbewegen des Ankers zu ermöglichen. Das Magneteisensystem wird bei diesem bekannten Hubmagneten an den die Magnetfeldlinien umlenkenden Teilen verengt.Furthermore, EP 0 296 983 A1 discloses a double air gap lifting magnet which has an inner annular and an outer annular air gap. It is of crucial importance in this known solenoid that an armature connected to a piston rod is reduced in mass in order to thereby save weight and thus enable the armature to be moved back and forth more quickly. In this known lifting magnet, the magnetic iron system is narrowed at the parts deflecting the magnetic field lines.

Weitere Hubmagneten sind in den Dokumenten EP 0 380 693 A1 sowie GB-A-2 040 585 beschrieben. Eine besondere Ausgestaltung des Magneteisensystems in Abhängigkeit vom Querschnitt des Ankers spielt bei diesen Hubmagneten keine Rolle.Further lifting magnets are described in documents EP 0 380 693 A1 and GB-A-2 040 585. A special configuration of the magnetic iron system depending on the cross section of the armature plays no role in these lifting magnets.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrom-Hubmagneten zu schaffen, der sowohl bei Stromstoßbetrieb als auch Dauerbetrieb einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.The invention is therefore based on the object of providing a direct current lifting magnet which has improved efficiency both in the case of surge operation and continuous operation.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Die Erfindung beruht also im wesentlichen darauf, daß das Magneteisensystem mit Rohrführung, Ankergegenstück und Gehäuse an seinen die magnetischen Feldlinien umlenkenden Stellen, an denen sich ein Ablenkwinkel des Magnetfeldlinienverlaufs ändert bzw. einstellt, einen im Vergleich zum Ankerquerschnitt jeweils vergrößerten Querschnitt aufweist. Damit kann die magnetische Flußdichte an diesen umlenkenden Stellen reduziert werden, wobei vorzugsweise das Magneteisensystem hinsichtlich seiner Querschnittsflächen in etwa wie folgt ausgebildet ist: Q2 = (1,2 - 1,8) x Q1

Figure imgb0001
Q3 = (1,3 - 2.5) x Q2
Figure imgb0002
Q5 = (2,2 - 4,4) x Q2
Figure imgb0003
Q6 = (1,1 - 2,0) x Q1
Figure imgb0004
und Q10 = (3,0 - 5,0) x Q2.
Figure imgb0005
The invention is essentially based on the fact that the magnetic iron system with pipe guide, armature counterpart and housing has a cross section which is enlarged in comparison to the armature cross section at its points deflecting the magnetic field lines, at which a deflection angle of the magnetic field line course changes or sets. The magnetic flux density at these deflecting points can thus be reduced, the cross-sectional areas of the magnetic iron system preferably being approximately as follows: Q2 = (1.2 - 1.8) x Q1
Figure imgb0001
Q3 = (1.3 - 2.5) x Q2
Figure imgb0002
Q5 = (2.2 - 4.4) x Q2
Figure imgb0003
Q6 = (1.1 - 2.0) x Q1
Figure imgb0004
and Q10 = (3.0 - 5.0) x Q2.
Figure imgb0005

Hierbei bezeichnen Q1 die Querschnittsfläche des Ankers, Q2 eine Querschnittsfläche des Ankergegenstückes in einem Basisbereich der Steuerkonuswandungen, Q3 eine Fläche im Bereich einer ersten Umlenkung des Magnetfeldes zwischen Ankergegenstück und Gehäusewandung des Magneteisensystems, Q5 eine Übergangsfläche im Bereich einer zweiten Umlenkung zwischen einer außenrohrartigen Wandung des Gehäuses des Magneteisensystems und einer dem Ankergegenstück zugeordneten, deckelartigen Wandung des Gehäuses, Q6 eine Querschnittsfläche der außenseitigen Gehäusewandung und Q10 eine zylinderförmige Übergangsfläche zwischen Rohrführung und Anker.Q1 denotes the cross-sectional area of the armature, Q2 a cross-sectional area of the armature counterpart in a base region of the control cone walls, Q3 an area in the region of a first deflection of the magnetic field between armature counterpart and housing wall of the magnetic iron system, Q5 a transition surface in the region of a second deflection between an outer tube-like wall of the housing of the magnetic iron system and a cover-like element assigned to the armature counterpart Wall of the housing, Q6 a cross-sectional area of the outside housing wall and Q10 a cylindrical transition surface between the pipe guide and anchor.

Bei Einhaltung der vorgenannten Bedingungen können die Magnetfeldlinien im hochpermeablen Eisensystem bei reduzierter Flußdichte (gegenüber der Flußdichte beim Geradeauslauf) an den umlenkenden Stellen eine Richtungskomponente der Eisenmoleküle mit geringerem Leistungsaufwand durchführen, um die gewünschte Änderung im Gesamtrichtungsverlauf des Feldes zu bewirken. Die Umlenkverlustleistung für die bei üblichen Hubmagneten notwendige viermalige Richtungsänderung des Magnetfelds um die Erregerspule herum kann bei einer derartigen Realisierung äußerst gering gehalten werden.If the aforementioned conditions are met, the magnetic field lines in the highly permeable iron system with a reduced flux density (compared to the flux density when running straight ahead) can perform a directional component of the iron molecules at the deflecting points with less effort in order to bring about the desired change in the overall direction of the field. The deflection power loss for the four-fold change of direction of the magnetic field around the excitation coil required in conventional solenoids can be kept extremely low in such an implementation.

In einer Weiterbildung der Erfindung, ist vorgesehen, daß das Magneteisensystem samt Erregerspule mindestens annähernd symmetrisch zu einer parallel zum Querschnitt des Ankers verlaufenden, magnetenergetischen Symmetrieebene aufgebaut ist und die Stirnfläche des Ankers in einer Hubanfangsstellung mindestens in etwa auf dieser Symmetrieebene liegt. Ausgehend hiervon ist der Anker bis zur Stirnwand des Ankergegenstückes in eine Hubendstellung bewegbar. Die Konusspitze des zylinderförmigen Steuerkonusses liegt darüber hinaus mindestens annähernd an der Symmetrieebene anstoßend an. In der Hubendstellung, die auch als Ankerfeldschlußstellung bezeichnet wird, ist der "magnetische Arbeitsraum" vollständig vom Anker ausgefüllt. Für den Fall, daß die der Ankerstirnfläche gegenüberliegende Fläche des Ankers bei der Hubstellung bündig mit dem außenseitigen Ende des Magneteisensystems abschließt, ist der Elektromagnet vollständig symmetrisch zur Symmetrieebene des Magneteisensystems aufgebaut. Der Energieinhalt der beiden Hälften des Magnetsystems beiderseits der Symmetrieebene ist damit gegenüber dem zylindrisch geformten "magnetischen Arbeitsraum" gleich groß magnetenergieinhaltlich ausbalanciert. Da der "magnetische Arbeitsraum" beim erfindungsgemäßen Magnetsystem von beiden Seiten mit gerade aufeinander zulaufenden Feldlinien beaufschlagt wird, wird eine optimale Steuerwirkung zu der aus der DE-PS 976 704 beschriebenen Hubkraftcharakteristikanpassung erreicht. Darüber hinaus liegt die aus der DE-PS 976 704 bekannte "Konussteuerung" geometrisch im magnetinduktiven hochwirksamen, zentral angeordneten Innenraum der Erregerspule.In a further development of the invention, it is provided that the magnetic iron system together with the excitation coil is constructed at least approximately symmetrically to a magnetic energy symmetry plane running parallel to the cross section of the armature and that the end face of the armature in an initial stroke position lies at least approximately on this symmetry plane. Proceeding from this, the armature can be moved into a stroke end position up to the end wall of the armature counterpart. The cone tip of the cylindrical control cone is also at least approximately abutting the plane of symmetry. In the stroke end position, which is also referred to as the armature field closing position, the "magnetic working space" is completely filled by the armature. In the event that the surface of the armature opposite the armature end face is flush with the outer end of the magnetic iron system in the stroke position, the electromagnet is completely symmetrical to the plane of symmetry of the magnetic iron system. The energy content of the two halves of the magnet system on both sides of the plane of symmetry is thus equal in terms of magnetic energy content compared to the cylindrical "magnetic work space". Since the "magnetic working space" in the magnet system according to the invention is acted upon from both sides by straight field lines, an optimal control effect is achieved for the lifting force characteristic adaptation described in DE-PS 976 704. In addition, the "cone control" known from DE-PS 976 704 lies geometrically in the magnetically inductive, highly effective, centrally arranged interior of the excitation coil.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Außenecken des Magnetsystems zur Vergrößerung des Kurvenradius mit Ausbuchtungen zu versehen, wobei ein allmählicher Übergang des Querschnitts vor bzw. nach der Kurve zum geradlinigen Teil des Magnetsystems von Vorteil ist.In a further development of the invention, the outer corners of the magnet system are provided with bulges to increase the radius of the curve, a gradual transition of the cross section before or after the curve to the straight-line part of the magnet system being advantageous.

Da der Anker beim Vorrücken in den "magnetischen Arbeitsraum" in seinem dem Ankergegenstück zugewandten vorderen Teil hoher magnetischer Belastung ausgesetzt ist, ist es zweckmäßig, den Anker in seinem vorderen Teil aus einem hochwertigen permeablen Magnetmaterial herzustellen. In seinem hinteren Teil kann der Anker dagegen aus einem Magnetweicheisenmaterial bestehen. Im übrigen ist es auch möglich, den Anker insgesamt aus einem hochpermeablen Material aufzubauen.Since the armature is exposed to high magnetic stress in its front part facing the armature counterpart when advancing into the "magnetic working space", it is expedient to manufacture the armature in its front part from a high-quality permeable magnetic material. In the rear part, however, the anchor can consist of a magnetic soft iron material. Otherwise it is possible to build the anchor from a highly permeable material.

Die der Ankerstirnfläche gegenüberliegende Fläche des Ankers ist zweckmäßigerweise mit einer Kurzschlußplatte verbunden. Damit soll erreicht werden, daß in Hubendstellung und damit Feldschlußstellung diese Kurzschlußplatte durch Anlegen an der Außenwandung des Magneteisensystems ein zwischen Anker und Rohrführung befindlicher Luftspalt magnetisch kurzgeschlossen wird. Zur Erhöhung dieses Effektes und damit zur Steigerung der Haltekraft des Ankers in seiner Hubendstellung kann eine ringförmige Ausnehmung an der Außenwandung des Magneteisensystems zwischen Rohrführung und Gehäuse vorgesehen werden.The surface of the armature opposite the armature face is expediently connected to a short-circuit plate. This is to ensure that in the stroke end position and thus the field closing position, this short-circuit plate is magnetically short-circuited by placing it on the outer wall of the magnetic iron system between the armature and the pipe guide. To increase this effect and thus to increase the holding force of the armature in its stroke end position, an annular recess can be provided on the outer wall of the magnetic iron system between the pipe guide and the housing.

Durch die Ausbildung der hohlzylindrischen Steuerkonuswandungen mit einer kegelförmigen Außenfläche ist die Steuerung der Hubkraftkennlinie für die Auslegung sowohl des stromstoßbetriebenen Magnetsystems als auch beim direktnetzgeschalteten Betriebsverfahren darstellbar.Due to the design of the hollow cylindrical control cone walls with a conical outer surface, the control of the lifting force characteristic curve can be represented for the design of both the impulse-operated magnet system and for the direct network operating method.

Um die bestmögliche Anpassung der Hubkraftkennlinie zu erreichen, ist der zylindrisch geformte Steuerkonus mit seiner kegelförmigen Außenfläche auswechselbar gestaltet. Mit der Austauschbarkeit dieses Steuerkonusses kann der Verlauf der Zugkraftkurve beeinflußt werden.In order to achieve the best possible adjustment of the lifting force characteristic, the cylindrical cone with its conical outer surface is designed to be interchangeable. With the interchangeability of this control cone, the course of the traction curve can be influenced.

Zur Erzielung eines günstigen Magnetfeldverlaufs innerhalb des Magneteisensystems ist dieses aus zwei Teilen gebildet, die an der Symmetrieebene miteinander zu verbinden sind. D.h., daß an das Ankergegenstück einerseits und an die Rohrführung andererseits entsprechenden Gehäuseteile einstückig angeformt sind und diese beiden Teile an der Symmetrieebene luftspaltfrei miteinander flächig verbunden werden.In order to achieve a favorable magnetic field course within the magnetic iron system, it is formed from two parts which are to be connected to one another on the plane of symmetry. Ie that corresponding housing parts are integrally formed on the anchor counterpart on the one hand and on the pipe guide on the other hand, and these two parts on the plane of symmetry can be connected to one another without any air gaps.

Um das erfindungsgemäße Magnetsystem druckdicht zu gestalten, ist zwischen den sich gegenüberliegenden und beabstandeten Enden der Steuerkonuswandungen und der Rohrführung ein ringförmiges Zwischenelement aus nichtmagnetischem Material abdichtend anzuordnen.In order to make the magnet system according to the invention pressure-tight, an annular intermediate element made of non-magnetic material is to be arranged in a sealing manner between the opposite and spaced ends of the control cone walls and the pipe guide.

Der erfindungsgemäße Gleichstrom-Hubmagnet ermöglicht durch seine äußerst reduzierte Formgebung des Magnetsystems, Kleinmagnete zu bauen, die in den Abmessungen sehr kleingehalten werden können.Due to its extremely reduced shape of the magnet system, the DC solenoid according to the invention enables small magnets to be built which can be kept very small in size.

Der Gleichstrom-Hubmagnet nach der Erfindung nutzt die für eine wirkungsvolle Miniaturisierung von Hubmagneten notwendigen Bedingungen in sinnvoller Weise aus. Es müssen nämlich als Werkstoff hochpermeable Eisensorten verwendet werden, deren Magnetisierungskurven spezielle Bedingungen für das Ein- und Ausschalten des Magneteisensystems erfüllen. Zudem sollen diese Werkstoffe für die Fertigung gut bearbeitbar und weitgehend temperaturunabhängig sein. Durch die Reduzierung des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Hubmagneten und des darin enthaltenen Magneteisensystems auf äußerst einfache geometrische Formen ist dies möglich. Darüber hinaus ist es möglich, den grundsätzlich stets erforderlichen Arbeitsluftspalt so zu gestalten, daß insbesondere in Hubanfangsstellung eine geringstmögliche Streuung des magnetischen Feldes auftritt. Des weiteren nutzt der erfindungsgemäße Gleichstrom-Hubmagnet in sinnvoller Weise aus, daß die "Erzeugerhubkraft-Kennlinie" einer "Verbraucherhubkraft-Kennlinie" angepaßt werden kann.The DC solenoid according to the invention takes advantage of the conditions necessary for effective miniaturization of solenoids. Highly permeable iron grades must be used as the material, the magnetization curves of which meet special conditions for switching the magnetic iron system on and off. In addition, these materials should be easy to machine for production and largely independent of temperature. This is possible by reducing the DC solenoid according to the invention and the magnetic iron system contained therein to extremely simple geometric shapes. In addition, it is possible to design the working air gap which is always required in such a way that the least possible scatter of the magnetic field occurs, particularly in the starting position of the stroke. Furthermore, the DC solenoid according to the invention makes good use of the fact that the "generator lifting force characteristic" can be adapted to a "consumer lifting force characteristic".

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Hubmagneten liegen im wesentlichen in dem äußerst einfachen Aufbau, der eine Miniaturisierung des Gleichstrom-Hubmagneten ermöglicht. Darüber hinaus zeichnet sich der Gleichstrom-Hubmagnet nach der Erfindung durch ein geringes Streufeld und damit durch geringe Verluste aus.The main advantages of the DC solenoid according to the invention are essentially in the extremely simple structure, which enables miniaturization of the DC solenoid. In addition, the DC solenoid according to the invention is characterized by low stray field and therefore low losses.

Alternativ hierzu oder zusätzlich hierzu kann das Magneteisensystem samt Erregerspule auch mindestens annähernd symmetrisch zu einer parallel zum Querschnitt des Ankers verlaufenden Symmetrieebene ausgebildet sein, wobei eine Stirnfläche des Ankers in einer Hubanfangsstellung mindestens in etwa auf dieser Symmetrieebene liegend angeordnet und ausgehend hiervon bis zur Stirnwand des Ankergegenstückes in eine Hubendstellung bewegbar ist. Ist das Ankergegenstück mit einem Steuerkonus, wie er aus DE-PS 976 704 an sich bekannt ist, versehen, so ist das Konusende des Steuerkonusses zweckmäßigerweise mindestens annähernd an die Symmetrieebene anstoßend anzuordnen.As an alternative to this or in addition to this, the magnetic iron system together with the excitation coil can also be formed at least approximately symmetrically with respect to a plane of symmetry running parallel to the cross section of the armature, an end face of the armature in a start of stroke position being arranged at least approximately on this symmetry plane and starting therefrom up to the end wall of the armature counterpart is movable into a stroke end position. If the anchor counterpart is provided with a control cone, as is known per se from DE-PS 976 704, then the cone end of the control cone is expediently to be arranged at least approximately abutting the plane of symmetry.

Wie bereits erwähnt, können die Wandungen des Ankergegenstückes mit einem Steuerkonus versehen sein. Zweckmäßigerweise wird das Wandende des gegenüberliegenden Ankers ebenfalls mit einem Steuerkonus und damit einer Abschrägung derart versehen, daß die Wandenden des Ankers und Ankergegenstückes parallel zueinander verlaufen. Die sich hierdurch einstellende konusförmige Gestaltung des Arbeitsluftspaltes ist für längere Hubhöhen des Ankers besonders geeignet. Es hat sich herausgestellt, daß die sich überlappende Anordnung der Wandenden von Ankergegenstück und Anker in Form von abgeschrägten Enden eine geringe Magnetstreuung zur Folge hat.As already mentioned, the walls of the anchor counterpart can be provided with a control cone. The wall end of the opposite armature is expediently also provided with a control cone and thus a bevel such that the wall ends of the armature and armature counterpart run parallel to one another. The resulting conical shape of the working air gap is particularly suitable for longer lifting heights of the armature. It has been found that the overlapping arrangement of the wall ends of the armature counterpart and armature in the form of bevelled ends results in little magnetic scatter.

Eine solche konusförmige Formgebung des Arbeitsluftspaltes ist jedoch nicht zwingend. Vielmehr können die Wandenden von Anker und Ankergegenstück auch orthogonal zur Achse des Gleichstrom-Hubmagneten ausgeführt sein. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, die Wandenden abgestuft zueinander auszubilden, so daß bereits in Hubanfangsstellung eine ferromagnetische Berührung ähnlich wie bei der Konussteuerung stattfindet. Die Magnethubkraft-Kennlinie kann so in vorteilhafter Weise der Bedarfskennlinie mit einem entsprechenden Kraftüberschuß angepaßt werden.However, such a conical shape of the working air gap is not mandatory. Rather, the wall ends of the armature and armature counterpart can also be made orthogonal to the axis of the DC solenoid. In addition, it is also possible to form the wall ends in a stepped manner, so that ferromagnetic contact similar to that of the cone control takes place already in the start of stroke position. The magnetic lifting force characteristic curve can thus be advantageously adapted to the demand characteristic curve with a corresponding excess force.

Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Hubmagneten besteht der Einfachheit halber lediglich aus einer unmagnetischen Rohrführung, in deren Enden die bodenartigen Wandungen von Anker und Ankergegenstück sitzen und bündig mit dem Rohrenden der Rohrführung abschließen. Die unmagnetische Rohrführung weist hierfür eine innere zylinderförmige Wandung auf, an der einerseits das Ankergegenstück feststehend angeordnet ist und andererseits der Anker gleitend sitzt. Die Innenwandung der Rohrführung kann hier in vorteilhafter Weise als Gleitbahn genutzt werden. Die Rohrführung kann an ihrem äußeren Umfang zylinderförmig oder quaderförmig gestaltet sein. Wesentlich ist lediglich, daß die Rohrführung unmagnetisch ist, um einen magnetischen Kurzschluß im Arbeitsluftspalt zu vermeiden.For the sake of simplicity, the housing of the direct current lifting magnet according to the invention merely consists of a non-magnetic pipe guide, in the ends of which the bottom-like walls of the armature and armature counterpart sit and are flush with the pipe ends of the pipe guide. For this purpose, the non-magnetic pipe guide has an inner cylindrical wall, on the one hand the anchor counterpart is arranged in a fixed manner and on the other hand the anchor is slidably seated. The inner wall of the pipe guide can be used here advantageously as a slideway. The pipe routing can their outer circumference be cylindrical or cuboid. It is only essential that the pipe guide is non-magnetic in order to avoid a magnetic short circuit in the working air gap.

Die Erfindung wird im vorliegenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen bzw. Kurven näher erläutert. Es zeigen :

Figur 1
eine ringförmige Spule mit kreisförmigem Spulenquerschnitt und den dazugehörenden Magnetfeldlinien,
Figur 2
eine Darstellung ähnlich zu Figur 1 mit einem zusätzlichen, dem Magnetfeldlinienverlauf angepaßten Magneteisensystem sowie einem in einer Öffnung des Magneteisensystems bewegbaren Anker,
Figur 3
ein erfindungsgemäßes Magnetsystem mit einer Erregerspule mit quadratischem Spulenquerschnitt, einem daran angepaßten Magneteisensystem sowie einem Anker,
Figur 4
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetsystems,
Figur 5
Zugkraftkurven eines bekannten Hubmagneten bei Dauerbetrieb (100 % ED) und Kurzzeitbetrieb (5 % ED),
Figur 6
Zugkraftkurven des erfindungsgemäßen Magnetsystems bei Dauerbetrieb (100 % ED) und Kurzzeitbetrieb (5 % ED), und zwar bei gleichem elektrischem Leistungsaufwand wie in Figur 5 und denselben Außenabmessungen,
Figur 7
ein Beispiel der Querschnittsflächen des in Figur 4 gezeigten erfindungsgemäßen Magnetsystems im Vergleich zu den Querschnittsflächen eines herkömmlichen Hubmagneten,
Figur 8
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetsystems mit Ausbuchtungen an den äußeren Rändern des Hubmagneten,
Figur 9
eine Darstellung ähnlich zu Figur 4, wobei zusätzlich das außenseitige Ende des Ankers mit einer Kurzschlußplatte versehen und an der außenseitigen Wandung des Magneteisensystems zwischen Rohrführung und Anker eine ringförmige Ausnehmung angeordnet ist,
Figur 10
eine Darstellung ähnlich zu Figur 4, wobei das Magneteisensystem eine Außenrundform aufweist,
Figur 11
ein weiteres erfindungsgemäßes Magnetsystem mit einem ein Hydraulikventil steuernden, druckdichten Innenrohr, wobei das Magneteisensystem ebenfalls eine Außenrundform aufweist, und
Figur 12, Figur 13
das in Figur 11 dargestellte Magnetsystem in auseinandergebautem Zustand.
The present invention is explained in more detail in the present on the basis of exemplary embodiments or curves shown in the figures. Show it :
Figure 1
an annular coil with a circular coil cross section and the associated magnetic field lines,
Figure 2
1 shows an illustration similar to FIG. 1 with an additional magnetic iron system which is adapted to the course of the magnetic field and an armature which can be moved in an opening in the magnetic iron system,
Figure 3
a magnet system according to the invention with an excitation coil with a square coil cross-section, a magnet iron system adapted to it and an armature,
Figure 4
another embodiment of a magnet system according to the invention,
Figure 5
Traction force curves of a known solenoid in continuous operation (100% ED) and short-time operation (5% ED),
Figure 6
Traction force curves of the magnet system according to the invention in continuous operation (100% ED) and short-time operation (5% ED), with the same electrical Performance as in Figure 5 and the same external dimensions,
Figure 7
4 shows an example of the cross-sectional areas of the magnet system according to the invention shown in FIG. 4 in comparison to the cross-sectional areas of a conventional lifting magnet,
Figure 8
another embodiment of a magnet system according to the invention with bulges on the outer edges of the lifting magnet,
Figure 9
4 shows a representation similar to FIG. 4, the additional end of the armature being provided with a short-circuit plate and an annular recess being arranged on the outer wall of the magnetic iron system between the pipe guide and the armature,
Figure 10
a representation similar to Figure 4, wherein the magnetic iron system has an outer circular shape,
Figure 11
another magnet system according to the invention with a pressure-tight inner tube controlling a hydraulic valve, the magnet iron system likewise having an outer circular shape, and
Figure 12, Figure 13
the magnet system shown in Figure 11 in disassembled state.

In Figur 1 ist eine ringförmige Spule 1 eines Magnetsystems mit kreisförmigem Spulenquerschnitt dargestellt. Wird diese ringförmige Spule 1 von Strom durchflossen, ergeben sich die in Figur 1 gezeigten magnetischen Feldlinien 2. Die höchste magnetische Flußdichte stellt sich im Spulenzentrum aufgrund der Wirkung der stromführenden ringförmigen Spule in Abhängigkeit vom Abstand zum Spulenzentrum ein.FIG. 1 shows an annular coil 1 of a magnet system with a circular coil cross section. If current flows through this ring-shaped coil 1, the magnetic field lines 2 shown in FIG. 1 result. The highest magnetic flux density occurs in the coil center due to the action of the current-carrying ring-shaped coil as a function of the distance from the coil center.

Bemerkenswert ist bei dieser Ausführungsform, daß die ringförmige Spule 1 und die magnetischen Feldlinien 2 zu einer Symmetrieebene S symmetrisch angeordnet sind. Darüber hinaus ist deutlich zu erkennen, daß die Richtungsänderung in dem Feldlinienbild annähernd gleichförmig (ähnlich kreisförmig) ausgebildet ist und keine scharfen Ecken oder Abbiegungen vorhanden sind. Der Ablenkwinkel der magnetischen Feldlinien 2 ist daher nahezu stets der gleiche.It is noteworthy in this embodiment that the annular coil 1 and the magnetic field lines 2 are arranged symmetrically to a plane of symmetry S. In addition, it can be clearly seen that the change in direction in the field line image is approximately uniform (similarly circular) and that there are no sharp corners or bends. The deflection angle of the magnetic field lines 2 is therefore almost always the same.

Beim Zusammenbau der gleichen ringförmigen Spule 1, die auch als Erregerspule bezeichnet wird, mit einem Magneteisensystem 3, wie es in Figur 2 dargestellt ist, stellt sich ebenfalls ein nahezu konstanter "Einschlagwinkel" der magnetischen Feldlinien ein. Das Magneteisensystem 3 ist in Figur 2 zur Spulenachse A rotationssymmetrisch um die Erregerspule 1 herum angeordnet und weist an seinem äußeren Rand einen runden Querschnitt auf. Die Abrundung ist an den in Figur 1 gezeigten Verlauf der magnetischen Feldlinien 2 entsprechend angeformt.When the same ring-shaped coil 1, which is also referred to as excitation coil, is assembled with a magnetic iron system 3, as shown in FIG. 2, an almost constant "turning angle" of the magnetic field lines also arises. The magnetic iron system 3 is arranged in FIG. 2 in a rotationally symmetrical manner about the excitation coil 1 with respect to the coil axis A and points at its outer Edge a round cross-section. The rounding is correspondingly formed on the course of the magnetic field lines 2 shown in FIG. 1.

Zusätzlich ist in Figur 2 ein Anker 5 dargestellt, der entlang der Spulenachse A linear bewegbar angeordnet ist. Hierfür ist das Magneteisensystem 3 mit einer Öffnung für den Anker 5 versehen. Zusätzlich ist dieser Anker 5 mit einer Kolbenstange 4 in Verbindung, welche an einem der zuvor genannten Öffnung für den Anker 5 gegenüberliegenden Öffnung des Magnetsystems 3 auf der Spulenachse A liegend angeordnet ist.In addition, an armature 5 is shown in Figure 2, which is arranged linearly movable along the coil axis A. For this purpose, the magnetic iron system 3 is provided with an opening for the armature 5. In addition, this armature 5 is connected to a piston rod 4, which is arranged lying on the coil axis A at an opening of the magnet system 3 opposite the aforementioned opening for the armature 5.

Das Magneteisensystem 3 ist samt Spule 1 - mit Ausnahme der Öffnungen für den Anker 5 und die Kolbenstange 4 - symmetrisch zur Ebene S aufgebaut.The magnetic iron system 3 together with the coil 1 - with the exception of the openings for the armature 5 and the piston rod 4 - is constructed symmetrically to the plane S.

In der Darstellung von Figur 2 befindet sich der Anker 5 gerade in seiner Hubanfangsstellung. Wird dagegen die Erregerspule 1 von Strom durchflossen, bewegt sich der Anker 5 samt Kolbenstange 4 in der Darstellung von Figur 2 nach links und zwar maximal so weit, daß er an der innenliegenden Stirnwand 6 des Magneteisensystems 3 anstößt. Dieser Raum wird im folgenden als "magnetischer Hubraum" bezeichnet. Dieser magnetische Hubraum (vergleichbar einem zylinderförmigen Verbrennungsraum in einer Brennkraftmaschine) ist folglich in der Hubanfangsstellung durch die innenliegende Stirnwand 6 des Magneteisensystems 3, der Stirnfläche 8 des Ankers 5 sowie der innenliegenden Zylinderwand 7 des Magneteisensystems 3 festgelegt.In the representation of Figure 2, the armature 5 is currently in its initial stroke position. If, on the other hand, current flows through the excitation coil 1, the armature 5 together with the piston rod 4 moves to the left in the illustration in FIG. 2, to the extent that it abuts the inner end wall 6 of the magnetic iron system 3. This space is referred to below as "magnetic displacement". This magnetic displacement (comparable to a cylindrical combustion chamber in an internal combustion engine) is consequently defined in the start of stroke position by the inner end wall 6 of the magnet iron system 3, the end face 8 of the armature 5 and the inner cylinder wall 7 of the magnet iron system 3.

Wie in Figur 2 zu erkennen ist, liegt die Stirnfläche 8 des Ankers 5 in der Hubanfangsstellung des Ankers 5 wieder mindestens in etwa auf der Symmetrieebene S. Das Magneteisensystem 3 in der Darstellung von Figur 2 ist zweistückig ausgebildet, wie durch die Strichelung in der unteren Hälfte des Magneteisensystems 3 gezeigt ist. Es versteht sich, daß es auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden kann. Wesentlich ist lediglich, daß das Magneteisensystem 3 eine Rohrführung für den Anker 5 und ein Ankergegenstück mit einer dem Anker gegenüberliegenden Stirnwand 6 aufweist und in Richtung zum Anker 5 zeigende, ebenfalls koaxial zur Achse A liegende Wandungen vorgesehen sind. Die beiden Gehäusehälften sind durch Passungen am Außendurchmesser des Gehäuses koaxial ausgerichtet.As can be seen in FIG. 2, the end face 8 of the armature 5 is again at least approximately at the plane of symmetry S in the starting position of the armature 5. The magnetic iron system 3 in the representation of FIG. 2 is formed in two parts, as shown by the dashed lines in the lower half of the magnetic iron system 3. It goes without saying that it can also be composed of several parts. It is only essential that the magnetic iron system 3 has a pipe guide for the armature 5 and an armature counterpart with an end wall 6 opposite the armature, and walls are also provided which point in the direction of the armature 5 and also lie coaxially to the axis A. The two housing halves are aligned coaxially by fits on the outer diameter of the housing.

Eine Besonderheit des in Figur 2 gezeigten Hubmagneten besteht darin, daß das Magneteisensystem 3 bis auf die Öffnung für den Anker 5 unmittelbar um die Erregerspule 1 herum angeordnet ist. Damit ergibt sich am Randbereich des magnetischen Hubraumes 13 im Magneteisensystem 3 eine Steuerkonuswandung 10, wie diese aus der DE-PS 976 704 zur Anpassung der Hubkraftcharakteristik eines Elektrohubmagneten gefordert wird. Darüber hinaus zeigt Figur 2 eine magnetisch günstige Übergangsfläche 11 zwischen linear beweglichem Anker 5 und Magneteisensystem 3.A special feature of the lifting magnet shown in FIG. 2 is that the magnetic iron system 3 is arranged directly around the excitation coil 1 except for the opening for the armature 5. This results in a control cone wall 10 at the edge region of the magnetic displacement 13 in the magnetic iron system 3, as is required from DE-PS 976 704 for adapting the lifting force characteristic of an electric lifting magnet. FIG. 2 also shows a magnetically favorable transition surface 11 between linearly movable armature 5 and magnetic iron system 3.

Beim Schaltvorgang wird die Spule 1 von Strom durchflossen und der linear bewegliche Anker 5 mit der Kolbenstange 4 in der Öffnung des Magneteisensystems 3 derart hubbeweglich geführt, daß er den magnetischen Hubraum 13 beim Schaltvorgang voll auszufüllen vermag.During the switching process, current flows through the coil 1 and the linearly movable armature 5 with the piston rod 4 is guided in the opening of the magnetic iron system 3 such that it can completely fill the magnetic displacement 13 during the switching process.

In der Hubanfangsstellung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist (d.h. die Stirnfläche 8 des Ankers 5 liegt mindestens etwa auf der Symmetrieebene S), hat der magnetische Hubraum den geringsten magnetischen Energieinhalt. In Feldschlußstellung wird der Anker 5 dagegen mit hoher Eisenpermeabilität am Ende seines Arbeitshubes an der Stirnwand des Ankergegenstückes des Magneteisensystems 3 anstoßen. Ist der Anker 5 genau so lang wie die Öffnung des Magneteisensystems 3, so schließt die der Stirnfläche 8 des Ankers 5 gegenüberliegende Fläche bündig mit der äußeren Oberfläche des Magneteisensystems 3 ab. Damit wird eine vollständige Symmetrie des Magnetsystems bezüglich der Symmetrieebene S gewährleistet. Befindet sich der Anker 5 in seiner Hubendstellung, so ist der Energieinhalt der beiden Hälften des Magneteisensystems 3 beiderseits der Symmetrieebene S gegenüber dem zylindrisch geformten magnetischen Hubraum 13 gleich groß energieinhaltlich ausbalanciert.In the initial stroke position, as shown in FIG. 2 (ie the end face 8 of the armature 5 lies at least approximately on the plane of symmetry S), the magnetic displacement has the lowest magnetic energy content. In the field closing position, on the other hand, the anchor 5 has a high iron permeability bump against the end wall of the armature counterpart of the magnetic iron system 3 at the end of its working stroke. If the armature 5 is exactly as long as the opening of the magnet iron system 3, the surface opposite the end face 8 of the armature 5 is flush with the outer surface of the magnet iron system 3. This ensures complete symmetry of the magnet system with respect to the plane of symmetry S. If the armature 5 is in its stroke end position, the energy content of the two halves of the magnetic iron system 3 on both sides of the plane of symmetry S is equal in terms of energy content compared to the cylindrically shaped magnetic displacement 13.

Darüber hinaus wird der magnetische Hubraum 13 von beiden Seiten mit gerade aufeinander zulaufenden magnetischen Feldlinien beaufschlagt. Durch diese Maßnahme wird eine optimale Anpassung der Hubkraftcharakteristik erreicht, da die Steuerkonuswandung 10 geometrisch im zentral angeordneten Innenraum der Erregerspule 1 liegt.In addition, the magnetic displacement 13 is acted upon from both sides by straight magnetic field lines. This measure achieves an optimal adaptation of the lifting force characteristic, since the control cone wall 10 lies geometrically in the centrally arranged interior of the excitation coil 1.

Obwohl das in Figur 2 dargestellte Magnetsystem einen nahezu kreisrunden magnetischen Feldverlauf auch bei hoher magnetischer Erregung aufweist und als äußerst streuarm anzusehen ist, ist ein solches Magneteisensystem 3 mit abgerundeter Außenform nur unter großem technischem Aufwand herstellbar. In Figur 3 ist deshalb ein einfacher herzustellendes, erfindungsgemäßes Magnetsystem dargestellt, das eine Erregerspule 1 mit annähernd quadratischem Spulen-Fensterquerschnitt aufweist. Bei dieser Spulenform verlaufen die magnetischen Feldlinien 2 nicht mehr kreisförmig, sondern annähernd entlang eines Rechteckes mit vier Umlenkstellen im Magneteisensystem 3. An diesen Umlenkstellen weist der magnetische Feldlinienverlauf einen im Vergleich zu den übrigen Strecken des magnetischen Feldlinienverlaufes veränderten, d.h. größeren Ablenkwinkel auf. Entsprechend der Magnetfeldtheorie ist bei einer solchen Flußrichtungsänderung besonders bei hoher Induktion mit einem bemerkenswerten Streuverlust zu rechnen.Although the magnet system shown in FIG. 2 has an almost circular magnetic field profile even with high magnetic excitation and can be regarded as extremely low in scatter, such a magnet iron system 3 with a rounded outer shape can only be produced with great technical effort. FIG. 3 therefore shows a magnet system according to the invention that is easier to manufacture and that has an excitation coil 1 with an approximately square coil window cross section. In this coil form, the magnetic field lines 2 no longer run in a circle, but approximately along a rectangle with four deflection points in the magnetic iron system 3. At these deflection points, the magnetic field line profile has a comparison with the other sections of the magnetic field line profile changed, ie larger deflection angle. According to the magnetic field theory, a remarkable loss of scatter is to be expected with such a change in flow direction, especially with high induction.

Deshalb wird erfindungsgemäß das Magneteisensystem 3 mit verschiedenen Querschnitten ausgebildet, um damit wieder einen günstigen Gesamtwirkungsgrad zu erreichen, so daß die magnetische Flußdichte an den Umlenkstellen unter Beachtung der Permeabilitätseigenschaften des Magneteisensystems 3 reduziert wird.Therefore, according to the invention, the magnetic iron system 3 is formed with different cross sections in order to achieve a favorable overall efficiency again, so that the magnetic flux density at the deflection points is reduced, taking into account the permeability properties of the magnetic iron system 3.

Erfindungsgemäß weist das Magneteisensystem mit Rohrführung, Ankergegenstück und Gehäuse an seinen die magnetischen Feldlinien 2 umlenkenden Stellen, an denen sich ein unmittelbar vorheriger Ablenkwinkel ändert, einen im Vergleich zum Ankerquerschnitt jeweils vergrößerten Querschnitt auf. Der Ankerquerschnitt ist in der Darstellung von Figur 3 mit Q1 bezeichnet. Durch diese Ausbildung des Magneteisensystems 3 können die magnetischen Feldlinien 2 bei reduzierter Flußdichte (gegenüber der Flußdichte beim Geradeauslauf) eine Richtungsänderung der Eisenmoleküle mit geringerem Leistungsaufwand durchführen, um die gewünschte Änderung im Gesamtrichtungsverlauf des magnetischen Feldes zu bewirken.According to the invention, the magnetic iron system with pipe guide, armature counterpart and housing has a cross section which is enlarged in comparison to the armature cross section at its points deflecting the magnetic field lines 2, at which a directly previous deflection angle changes. The armature cross section is designated Q1 in the illustration in FIG. With this configuration of the magnetic iron system 3, the magnetic field lines 2 can carry out a change in direction of the iron molecules with less power at a reduced flux density (compared to the flux density when running straight ahead) in order to bring about the desired change in the overall direction of the magnetic field.

Daraus ergibt sich, daß bei einer Stromstoßmagnetisierung, also bei einer Stromstoßerregung der Erregerspule 1, in den jeweiligen Streckenabschnitten des Magneteisensystems 3 eine differenzierte Auslegung der Induktion möglich ist, und zwar dahingehend, daß die geradlinig verlaufenden magnetischen Feldlinien gegenüber praktisch rechtwinkliger Umlenkung eine speziell ausgelegte Induktion aufweisen.It follows from this that with impulse magnetization, i.e. with impulse excitation of the excitation coil 1, a differentiated design of the induction is possible in the respective sections of the magnetic iron system 3, specifically to the extent that the straight magnetic field lines have a specially designed induction compared to practically right-angled deflection exhibit.

In Figur 3 ist neben dem Ankerquerschnitt Q1 noch ein weiterer Querschnitt Q2 eingezeichnet. Dieser im folgenden als Konusbasisquerschnitt Q2 bezeichnete Querschnitt ist diejenige Querschnittsfläche, die das Magnetsystem 3 auf der Höhe seiner Stirnwand 6 aufweist. Diese Konusquerschnittsfläche Q2 ist folglich (läßt man den Luftspalt unberücksichtigt) der Ankerquerschnitt Q1 plus die doppelte Dicke der Wandung zwischen Erregerspule 1 und magnetischem Hubraum 13 im Konusbereich des Ankergegenstückes.In addition to the armature cross section Q1, a further cross section Q2 is shown in FIG. This cross-section, referred to below as the conical base cross-section Q2, is the cross-sectional area that the magnet system 3 has at the level of its end wall 6. This conical cross-sectional area Q2 is consequently (disregarding the air gap) the armature cross-section Q1 plus twice the thickness of the wall between the excitation coil 1 and the magnetic displacement 13 in the cone area of the armature counterpart.

Auch in der Darstellung von Figur 3 ist deutlich zu erkennen, daß der magnetische Hubraum 13 mindestens in etwa zentral im Magnetsystem angeordnet ist. D.h., daß der magnetische Hubraum 13 mindestens in etwa in der Symmetrieebene S als auch zentral zur Spulenebene A liegt. Durch die erfindungsgemäße Formgebung des Magnetsystems an seinen Umlenkstellen für den magnetischen Feldverlauf ist eine höchste Magnetisierung und damit Hubkraftsteuerwirkung für den Anker 5 im magnetischen Hubraum 13 mit den Steuerkonuswandungen 10 erreichbar, da dieser ebenfalls zentral im Magneteisensystem 3 angeordnet ist. Hierdurch können bei verhältnismäßig geringer elektrischer Leistung neuartige Zugkraftkurven erreicht werden. Darüber hinaus brauchen die elektronischen Schaltelemente zum Ansteuern des erfindungsgemäßen Magnetsystems nur noch geringere Leistungen zu schalten. Diese zentrale Anordnung des magnetischen Hubraumes 13 kann unabhängig von der Dickendimensionierung des Magneteisensystems 3 erfolgen, ist jedoch in Kombination damit am wirkungsvollsten.It can also be clearly seen in the illustration in FIG. 3 that the magnetic displacement 13 is arranged at least approximately centrally in the magnet system. This means that the magnetic displacement 13 lies at least approximately in the plane of symmetry S and also centrally to the coil plane A. Due to the shape of the magnet system according to the invention at its deflection points for the magnetic field profile, a maximum magnetization and thus lifting force control effect for the armature 5 in the magnetic displacement 13 can be achieved with the control cone walls 10, since this is also arranged centrally in the magnet iron system 3. In this way, novel tractive force curves can be achieved with relatively low electrical power. In addition, the electronic switching elements for controlling the magnet system according to the invention only need to switch lower powers. This central arrangement of the magnetic displacement 13 can take place independently of the thickness dimensioning of the magnetic iron system 3, but is the most effective in combination therewith.

Eine konkrete Anwendung des erfindungsgemäßen Magnetsystems ist in Figur 4 anhand eines Hubmagneten dargestellt. Die bereits bekannten Bezugszeichen werden weiter für die gleichen Teile verwendet. Bei dem in Figur 4 dargestellten Hubmagneten sind folgende Schnittflächen zur Erläuterung aufgeführt :

Q1
die bereits erwähnte Querschnittsfläche des Ankers 5,
Q2
die bereits erwähnte Querschnittsfläche des Ankergegenstückes im Magneteisensystem 3 im Konusbasisbereich, im folgenden als Konusbasisquerschnittsfläche bezeichnet,
Q3
eine etwa zylindermantelförmige Schnittfläche im Bereich der ersten Umlenkung der magnetischen Feldlinien 2 zwischen Ankergegenstück und Gehäuse (hier die kreisrunde Schnittfläche links von der Symmetrieebene S in der axialen Verlängerung der innersten Spulenwicklung),
Q5
eine zylindermantelförmige Schnittfläche im Bereich der zweiten Umlenkung der magnetischen Feldlinien 2 zwischen der außenrohrartigen Wandung des Gehäuses des Magnetsystems 3 und einer dem Ankergegenstück zugeordneten deckelartigen Wandung des Gehäuses (hier die Schnittfläche im Magneteisensystem 3 in der axialen Verlängerung der äußeren Spulenwicklung im linken Teil des Magnetsystems 3),
Q6
die Querschnittsfläche der rohrartigen Außenwandung des Magneteisensystems 3 im Bereich der Symmetrieebene S,
Q7
entspricht der Schnittfläche Q5, allerdings im rechten Teil des Magneteisensystems 3 zur Symmetrieebene S,
Q9
entspricht Q3 für den rechten Teil des Magneteisensystems 3 und
Q10
die zylinderförmige Fläche zwischen Magneteisensystem 3 (hier der Rohrführungsbereich des Magneteisensystems 3) und dem Anker 5.
A specific application of the magnet system according to the invention is shown in FIG. 4 using a lifting magnet. The already known reference numerals continue to be used for the same parts. In the illustrated in Figure 4 The following cutting surfaces are listed for solenoids:
Q1
the cross-sectional area of the armature 5 already mentioned,
Q2
the cross-sectional area of the armature counterpart in the magnetic iron system 3 already mentioned in the cone base area, hereinafter referred to as the cone base cross-sectional area,
Q3
an approximately cylindrical jacket-shaped cut surface in the area of the first deflection of the magnetic field lines 2 between the armature counterpart and the housing (here the circular cut surface to the left of the plane of symmetry S in the axial extension of the innermost coil winding),
Q5
a cylindrical jacket-shaped cut surface in the region of the second deflection of the magnetic field lines 2 between the outer tube-like wall of the housing of the magnet system 3 and a cover-like wall of the housing assigned to the armature counterpart (here the cut surface in the magnet iron system 3 in the axial extension of the outer coil winding in the left part of the magnet system 3 ),
Q6
the cross-sectional area of the tubular outer wall of the magnetic iron system 3 in the region of the plane of symmetry S,
Q7
corresponds to the cut surface Q5, but in the right part of the magnetic iron system 3 to the plane of symmetry S,
Q9
corresponds to Q3 for the right part of the magnetic iron system 3 and
Q10
the cylindrical surface between the magnetic iron system 3 (here the pipe routing area of the magnetic iron system 3) and the armature 5.

Erfindungsgemäß genügt das Magneteisensystem 3 hinsichtlich seiner Dimensionierung in etwa folgenden Bedingungen : Q2 = (1,2 ... 1,8) x Q1,

Figure imgb0006
Q3 = (1,3 ... 2,5) x Q2,
Figure imgb0007
Q5 = (2,2 ... 4,0) x Q2,
Figure imgb0008
Q6 = (1,1 ... 2,0) x Q1
Figure imgb0009
und Q10 = (3,0 ... 5,0) x Q2.
Figure imgb0010
According to the invention, the magnet iron system 3 satisfies the following conditions with regard to its dimensions: Q2 = (1.2 ... 1.8) x Q1,
Figure imgb0006
Q3 = (1.3 ... 2.5) x Q2,
Figure imgb0007
Q5 = (2.2 ... 4.0) x Q2,
Figure imgb0008
Q6 = (1.1 ... 2.0) x Q1
Figure imgb0009
and Q10 = (3.0 ... 5.0) x Q2.
Figure imgb0010

In Figur 7 ist ein Diagramm dargestellt, aus dem die in Figur 4 gezeigten Schnittflächen Q1 bis Q10 bezogen auf die Ankerquerschnittsfläche Q1 dargestellt sind. Werden die einzelnen Querschnitte miteinander anhand einer Linie im Diagramm von Figur 7 verbunden, so ergibt sich für das erfindungsgemäße Magnetsystem der Darstellung von Figur 4 der mit I bezeichnete Verlauf. Wie deutlich anhand dieses Kurvenverlaufs I zu erkennen ist, zeigt sich erfindungsgemäß ausgehend von Q1 bis Q5 eine stetig ansteigende Querschnittsfläche und von Q7 bis Q9 eine stetige Abnahme. Hierdurch wird vermieden, daß im magnetischen Kreis des Magneteisensystems 3 sprungartig Flußdichteunterschiede, die zu Verlusten führen, auftreten können.FIG. 7 shows a diagram from which the sectional areas Q1 to Q10 shown in FIG. 4 are shown in relation to the anchor cross-sectional area Q1. If the individual cross sections are connected to one another on the basis of a line in the diagram in FIG. 7, the course denoted by I results for the magnet system according to the invention shown in FIG. 4. As can clearly be seen on the basis of this curve profile I, the cross-sectional area increases continuously from Q1 to Q5 and decreases continuously from Q7 to Q9. This avoids that sudden differences in flux density, which lead to losses, can occur in the magnetic circuit of the magnetic iron system 3.

Zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Dimensionierung des Magneteisensystems 3 im Vergleich zur Dimensionierung beim bisherigen Stand der Technik ist neben dem erfindungsgemäßen Kurvenverlauf I auch die Eisen-Querschnitts-Situation von handelsüblichen Elektromagneten dargestellt (vgl. hierzu Kurve II). Diese Kurve II zeigt einen praktisch durchweg gleichbleibenden Durchflußquerschnitt für den gesamten magnetischen Kreis des Magneteisensystems.To clarify the dimensioning of the magnetic iron system 3 according to the invention in comparison with the dimensioning in the prior art, in addition to the curve profile I according to the invention, there is also the iron cross-sectional situation represented by commercially available electromagnets (see curve II). This curve II shows a virtually constant flow cross-section for the entire magnetic circuit of the magnetic iron system.

Bezugnehmend auf Figur 4 ist dort wiederum der symmetrische Aufbau des Magneteisensystems in Kombination mit der Anordnung der im Querschnitt rechteckförmigen Erregerspule 1 sowie die Symmetrielage des magnetischen Hubraums 13, der von den ringförmigen Steuerkonuswandungen 10 umgeben ist, dargestellt. Zugleich zeigt Figur 4 den Verlauf der magnetischen Feldlinien 2 bei axialer Bewegung des Ankers 5 in den magnetischen Hubraum 13. Die Symmetrieebene S deckt sich in Hubanfangsstellung des Ankers 5 wieder mit dessen Stirnwand, wobei die Konusspitze der Steuerkonuswandung 10 mindestens annähernd an die Symmetrieebene S anstößt.Referring again to FIG. 4, the symmetrical structure of the magnetic iron system in combination with the arrangement of the excitation coil 1, which is rectangular in cross section, and the symmetrical position of the magnetic displacement 13, which is surrounded by the annular control cone walls 10, are shown there. At the same time, FIG. 4 shows the course of the magnetic field lines 2 when the armature 5 moves axially into the magnetic displacement 13. The plane of symmetry S again coincides with the end wall of the armature 5 in the starting position of the armature, the conical tip of the control cone wall 10 abutting the plane of symmetry S at least approximately .

Aus den Darstellungen der Figuren 5 und 6 wird auch der Vorteil der erfindungsgemäßen Magnetsysteme im Vergleich zu herkömmlichen Hubmagneten deutlich. In Figur 5 sind die Zugkraftkurven der handelsüblichen Hubmagnete für Stromdauerbetrieb (100 % ED) und Kurzzeitbetrieb (5 % ED) dargestellt. Vertikal ist die Hubkraft in Ncm und horizontal der Hubweg in mm aufgetragen. In Figur 5 ist deutlich die nahezu über den gesamten Hubweg waagrecht verlaufende Kraftkennlinie sowohl für Dauerbetrieb als auch Kurzzeitbetrieb dargestellt.From the representations of FIGS. 5 and 6, the advantage of the magnet systems according to the invention in comparison to conventional lifting magnets is also clear. FIG. 5 shows the traction force curves of the commercially available lifting magnets for continuous current operation (100% ED) and short-time operation (5% ED). The lifting force is plotted vertically in Ncm and horizontally the stroke in mm. FIG. 5 clearly shows the force characteristic curve running almost horizontally over the entire stroke, both for continuous operation and for short-term operation.

In Figur 6 sind die Zugkraftkurven des erfindungsgemäßen Magnetsystems bei gleicher elektrischer Leistung und gleichen Außenabmessungen dargestellt. Der Kurvenverlauf bei Dauerbetrieb des erfindungsgemäßen Magnetsystems zeigt über den Großteil seines Hubweges (etwa 80 %) eine waagrecht verlaufende Zugkraftkurve, steigt aber im restlichen Teil des Hubweges auf eine nahezu sechsfache Haltekraft an (vgl. hierzu Punkt F in Figur 6). Die Kurve für den Kurzzeitbetrieb (5 %) zeigt eine etwa sechs- bis siebenmal gesteigerte Hubanfangskraft gegenüber der Anfangskraft bei Dauerbetrieb (vgl. Punkt B in Figur 6) und steigt anschließend stetig weiter an. Die Zugkraftkurve ist erfindungsgemäß folglich bei beiden Belastungsarten derart gestaltet, daß die Haltekraft bei Dauerbetrieb (Punkt F bei 100 % ED) der Anfangskraft bei Aussetzbetrieb (Punkt B bei 5 % ED) mit voller Sicherheit aufzubringen vermag (siehe hierzu die waagrecht stark hervorgehobene Vergleichs linie A-B).FIG. 6 shows the traction force curves of the magnet system according to the invention with the same electrical power and the same external dimensions. The course of the curve during continuous operation of the magnet system according to the invention shows a horizontal traction force curve over the majority of its stroke (approximately 80%), but increases in the remaining part of the stroke to an almost six-fold holding force (see point F in FIG. 6). The curve for short-term operation (5%) shows an approximately six to seven times increased initial lift force compared to the initial force during continuous operation (see point B in FIG. 6) and then increases continuously. The tractive force curve according to the invention is consequently designed for both types of load such that the holding force during continuous operation (point F at 100% ED) can apply the initial force during intermittent operation (point B at 5% ED) with complete certainty (see here the horizontally strongly emphasized comparison line FROM).

Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Magnetsystem eine wesentlich höhere Flußdichte (Induktion) gegenüber den bisher bekannten Hubmagnetsystemen auf und zeichnet sich durch einen besseren Wirkungsgrad aus. Damit kann bei einer Stromstoßmagnetisierung bei Erreichen der Hubendstellung des Ankers die elektrische Leistung auf Dauerbetriebsleistung umgeschaltet, also verringert werden, und der Anker 5 bleibt dann in der Hubendstellung stehen, bis dann endgültig der Strom abgeschaltet wird und der Anker in die Hubausgangsstellung zurückläuft.In addition, the magnet system according to the invention has a significantly higher flux density (induction) than the previously known lifting magnet systems and is characterized by better efficiency. When the armature reaches the end-of-stroke position, the electrical power can be switched to continuous operating power when the armature reaches the end of stroke, and the armature 5 then remains in the end-of-stroke position until the current is finally switched off and the armature returns to the initial stroke position.

Figur 8 zeigt eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Magnetsystems. Die Darstellung von Figur 8 entspricht weitgehend der Darstellung von Figur 4 , wobei das Magneteisensystem 3 zur Vergrößerung des Kurvenradius für die magnetischen Feldlinien an seinen Kanten mit Ausbuchtungen 20 versehen ist. Auch durch diese Ausbuchtungen 20 kann die magnetische Flußdichte an den umlenkenden Stellen gezielt reduziert werden.FIG. 8 shows a further development of the magnet system according to the invention. The representation of FIG. 8 largely corresponds to the representation of FIG. 4, the magnetic iron system 3 being provided with bulges 20 on its edges in order to enlarge the curve radius for the magnetic field lines. These bulges 20 can also be used to specifically reduce the magnetic flux density at the deflecting points.

In Figur 9 ist ebenfalls ein Hubmagnet dargestellt, wie er bereits in Figur 4 erläutert wurde. Zusätzlich zur Darstellung von Figur 4 ist jetzt der Anker 5 an seiner außenseitigen Fläche 30, d.h. an seiner dem Ankergegenstück abgewandten Fläche, mit einer Kurzschlußplatte 32 versehen. Diese Kurzschlußplatte 32 weist einen größeren Durchmesser als der Anker 5 auf. Zusätzlich ist der in Figur 9 dargestellte Hubmagnet am außenseitigen Übergang zwischen Anker 5 und Magneteisensystem 3 mit einer ringförmigen Ausnehmung 34 versehen.FIG. 9 also shows a lifting magnet, as has already been explained in FIG. 4. In addition to the presentation 4, the armature 5 is now provided with a short-circuit plate 32 on its outer surface 30, ie on its surface facing away from the armature counterpart. This short-circuit plate 32 has a larger diameter than the armature 5. In addition, the lifting magnet shown in FIG. 9 is provided with an annular recess 34 at the outer transition between armature 5 and magnetic iron system 3.

Zur Vervollkommnung der Magnetfeldführung des längsbeweglichen Ankers 5 kann dieser in zwei Teile 5a und 5b aufgeteilt werden. Das Ankerteil 5b besteht dabei aus einem hochpermeablen Sondermaterial. Dieses Ankerteil 5b läuft bei Bestromung der Erregerspule in den magnetischen Hubraum 13 bzw. Arbeitsraum ein. Die Länge dieses Ankerteiles 5b aus magnetischem Sondermaterial mit höchster Permeabilität (d.h. das Material weist eine hohe Sättigungsgrenze auf) wird dadurch bestimmt, daß bei der Hubendstellung plus einem vorgesehenen Luftspaltabstand zwischen Ankergegenstück und Stirnwand 8 des Ankers 5 noch ein genügend großes Stück dieses Teiles 5b in der rohrförmigen Übergangsfläche des Magneteisensystems 3 vorhanden ist. Das zweite Ankerteil 5a des Ankers 5 besteht aus üblichem Magnetweicheisenmaterial, wobei an diesem zweiten Ankerteil 5a die zuvor erwähnte Kurzschlußplatte 30 befestigt ist. Damit wird erreicht, daß in Hubendstellung des Ankers 5 diese Kurzschlußplatte 30 durch Anliegen an der Außenwandung des Magneteisensystems ein zwischen Anker 5 und Rohrführung des Magneteisensystems 3 liegender Luftspalt 36 magnetisch kurzgeschlossen wird. Zur Erhöhung dieses Effektes und damit zur Steigerung der Haltekraft dient die ringförmige Ausnehmung, die als Engpaß für die magnetischen Feldlinien wirkt.To perfect the magnetic field guidance of the longitudinally movable armature 5, it can be divided into two parts 5a and 5b. The anchor part 5b consists of a highly permeable special material. When the excitation coil is energized, this armature part 5b runs into the magnetic displacement 13 or working space. The length of this armature part 5b made of special magnetic material with the highest permeability (ie the material has a high saturation limit) is determined by the fact that at the end of stroke position plus an air gap distance between the armature counterpart and the end wall 8 of the armature 5, a sufficiently large piece of this part 5b in the tubular transition surface of the magnetic iron system 3 is present. The second armature part 5a of the armature 5 consists of conventional magnet soft iron material, the aforementioned short-circuit plate 30 being fastened to this second armature part 5a. This ensures that in the stroke end position of the armature 5, this short-circuiting plate 30 is magnetically short-circuited by lying on the outer wall of the magnetic iron system between the armature 5 and the pipe guide of the magnetic iron system 3. The ring-shaped recess, which acts as a bottleneck for the magnetic field lines, serves to increase this effect and thus to increase the holding force.

Obwohl im Zusammenhang mit Figur 9 ausgeführt wurde, daß der Anker 5 aus einem Ankerteil 5b aus hochpermeablem Material und einem Ankerteil 5a aus Weicheisenmaterial besteht, kann selbstverständlich der Anker 5 vollständig aus dem hochpermeablen Material hergestellt sein.Although it was stated in connection with FIG. 9 that the anchor 5 consists of an anchor part 5b made of highly permeable material and an anchor part 5a made of soft iron material, the anchor 5 can of course be made entirely of the highly permeable material.

Die Übergangsfläche Q10 vom Magneteisensystem 3 zum beweglichen Anker 5 ist erfindungsgemäß in seiner rohrförmigen Übergangsfläche geometrisch möglichst groß zu gestalten, da zwangsläufig einige wenige Zehntel mm Abstand im Durchmesser als magnetischer Widerstand zu überwinden sind. Dieser konstruktionsbedingte magnetische Widerstand wird während des Hubvorganges des Ankers 5 durch die Kurzschlußplatte 30 in der Hubendstellung beeinflußt.According to the invention, the transition surface Q10 from the magnetic iron system 3 to the movable armature 5 is to be made geometrically as large as possible in its tubular transition surface, since a magnetic resistance must necessarily be overcome by a few tenths of a mm in diameter. This design-related magnetic resistance is influenced during the lifting process of the armature 5 by the short-circuit plate 30 in the stroke end position.

Darüber hinaus ist in der Darstellung von Figur 9 auch das Schnittbild durch den Hubmagneten entlang der Schnittlinie X-X dargestellt. Aus diesem Schnittbild ist ersichtlich, daß der Hubmagnet eine quadratische Außenkontur aufweist. Der Bereich der Rohrführung des Magneteisensystems 3 ist mit 3a gekennzeichnet.In addition, the sectional view through the lifting magnet along the sectional line X-X is also shown in the illustration in FIG. From this sectional view it can be seen that the lifting magnet has a square outer contour. The area of the pipe routing of the magnetic iron system 3 is identified by 3a.

Der in Figur 9 dargestellte Hubmagnet weist ein Magneteisensystem 3 auf, das aus zwei jeweils einstückig gebildeten Teilen zusammengefügt ist. Die Gehäusestoßfuge 38 dieser beiden Teile wird erfindungsgemäß auf oder mindestens in die Nähe der Symmetrieebene S gelegt, da dort die Magnetfeldlinien geradlinig verlaufen.The lifting magnet shown in FIG. 9 has a magnetic iron system 3 which is assembled from two parts which are each formed in one piece. According to the invention, the housing butt joint 38 of these two parts is placed on or at least in the vicinity of the plane of symmetry S, since the magnetic field lines there run in a straight line.

In Figur 10 ist ein Magnetsystem dargestellt, wobei das Magneteisensystem 3 ein Gehäuse in Außenrundform aufweist und aus zwei im wesentlichen gleich geformten, schalenartigen Gehäuseteilen besteht, die jeweils zur Hälfte die Erregerspule 1 umschließen. Auch in diesem Beispiel sind die zuvor beschriebenen Bedingungen hinsichtlich der Querschnitte Q1 bis Q10 eingehalten. Im Gegensatz zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist die Rohrführung 3a des Magneteisensystems 3 jetzt als separates Bauteil ausgeführt. Separat ausgebildet ist ebenfalls das Ankergegenstück 3b des Magneteisensystems 3. Das gesamte Magneteisensystem 3 besteht folglich aus dem Ankergegenstück 3b, dem schalenartigen Gehäuse 3c sowie der Rohrführung 3a. Das Ankergegenstück 3b und die Rohrführung 3a werden in eines der beiden rohrförmigen Teile der Gehäusewandungen 3c eingeführt und dort fixiert. Dabei ist darauf zu achten, daß zwischen den einzelnen Elementen 3a, 3b und 3c kein Luftspalt entsteht.A magnet system is shown in FIG. 10, the magnet iron system 3 having a housing with an outer circular shape and consisting of two essentially identically shaped, shell-like housing parts, each half of which surround the excitation coil 1. Also in this example the conditions described above with regard to cross sections Q1 to Q10 are observed. In contrast to the aforementioned exemplary embodiments, the pipe guide 3a of the magnetic iron system 3 is now designed as a separate component. The armature counterpart 3b of the magnetic iron system 3 is also formed separately. The entire magnetic iron system 3 consequently consists of the armature counterpart 3b, the shell-like housing 3c and the pipe guide 3a. The anchor counterpart 3b and the pipe guide 3a are inserted into one of the two tubular parts of the housing walls 3c and fixed there. It is important to ensure that there is no air gap between the individual elements 3a, 3b and 3c.

In Figur 11 ist ein Elektromagnet ähnlich zu Figur 10 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen wieder gleiche Teile. Im Gegensatz zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen weist das Magnetsystem einen Anker 5 auf, der ein Hydraulikventil mit Gewindeanschluß 50 zu betätigen hat. Hierfür ist zwischen den sich gegenüberliegenden und beabstandeten Enden der Steuerkonuswandung 10 und dem Ende der Rohrführung 12 ein ringförmiges Zwischenelement 18 aus nicht magnetischem Material abdichtend angeordnet.FIG. 11 shows an electromagnet similar to FIG. 10. The same reference symbols again designate the same parts. In contrast to the aforementioned exemplary embodiments, the magnet system has an armature 5 which has to actuate a hydraulic valve with a threaded connection 50. For this purpose, an annular intermediate element 18 made of non-magnetic material is arranged in a sealing manner between the opposite and spaced ends of the control cone wall 10 and the end of the pipe guide 12.

In Figur 11 ist wiederum das separat ausgebildete Ankergegenstück 3b und die separat ausgeführte Rohrführung 3c des Magnetsystems 3 ersichtlich. Darüber hinaus besteht das Magnetsystem in Figur 11 aus einer rohrförmigen Außenwandung 3c und aus zwei jeweils an den Stirnseiten des Magnetsystems angeordneten Deckelwandungen 3d. Auch hier werden die oben genannten Vorschriften hinsichtlich der Querschnittsdimensionierung (Q1 bis Q10) und die Symmetriebedingungen bezüglich des magnetischen Hubraumes eingehalten. Ein derartiges Magnetsystem kann beispielsweise für druckdichte Steuermagnete, aber auch für normale Hubmagnete verwendet werden.FIG. 11 again shows the separately formed armature counterpart 3b and the separately implemented pipe guide 3c of the magnet system 3. In addition, the magnet system in FIG. 11 consists of a tubular outer wall 3c and two cover walls 3d each arranged on the end faces of the magnet system. Here, too, the above-mentioned regulations regarding cross-sectional dimensioning (Q1 to Q10) and the symmetry conditions with regard to the magnetic displacement are observed. Such a magnet system can be used, for example, for pressure-tight Control magnets, but also for normal solenoids.

Zum besseren Verständnis der in Figur 11 dargestellten Ausführungsform zeigen die Darstellungen der Figuren 12 und 13 das in Figur 11 gezeigte Magnetsystem in auseinandergebautem Zustand. Wie in Figur 12 deutlich zu erkennen ist, ist der magnetische Hubraum 13 aufgrund des Einfügens des ringförmigen Zwischenelementes 18 zwischen Steuerkonus 10 und Rohrführung 3c druckdicht ausgestaltet. In die Öffnung des in Figur 13 dargestellten Erregersystems kann sowohl das in Figur 12 dargestellte druckdichte Hydraulikrohrsystem als auch ein Magnetkernsystem mit in Luft arbeitendem Anker, wie dies beispielsweise in Figur 10 gezeigt ist, eingefügt werden.For a better understanding of the embodiment shown in FIG. 11, the illustrations in FIGS. 12 and 13 show the magnet system shown in FIG. 11 in a disassembled state. As can be clearly seen in FIG. 12, the magnetic displacement 13 is designed to be pressure-tight due to the insertion of the annular intermediate element 18 between the control cone 10 and the pipe guide 3c. Both the pressure-tight hydraulic pipe system shown in FIG. 12 and a magnetic core system with an armature operating in air, as shown for example in FIG. 10, can be inserted into the opening of the excitation system shown in FIG. 13.

Zusammenfassend kann daher festgestellt werden, daß beim erfindungsgemäßen Magnetsystem alle Feldumlenkstellen vergrößerte Querschnitte aufweisen im Hinblick auf den Ankerquerschnitt und möglichst ohne Luftspalt ausgebildet sind. Das gesamte Magnetsystem ist nahezu symmetrisch zu einer Symmetrieebene S angeordnet, wodurch das Magnetsystem praktisch in zwei gleich große Hälften des magnetischen Energieinhaltes aufgeteilt ist. Der magnetische Hubraum 13 mit seiner konusförmigen Außenumhüllung liegt sowohl symmetrisch zur Achse A der Erregerspule 1 als auch in der Symmetrieebene S des Magneteisensystems 3. Das Ergebnis jeder dieser Einzelmaßnahmen führt zu einer Steigerung der Hubkraftkennlinien gegenüber bisherigen Magnetsystemen. Die Maßnahmen können dabei grundsätzlich gesondert voneinander eingesetzt werden. Es empfiehlt sich jedoch, sämtliche vorgestellten Maßnahmen in einem Magnetsystem zu realisieren, um eine möglichst große Steigerung der Hubkraftkennlinien gegenüber den bisherigen Magnetsystemen zu erreichen, so daß bei einer Dauerstromleistung die Zugkraftkennlinie eine derartige Haltekraft aufweist, daß die hohe Anzugskraft bei Stoßerregung als Haltekraft bei niedriger Dauerstromleistung aufgebracht werden kann.In summary, it can therefore be stated that, in the magnet system according to the invention, all field deflection points have enlarged cross sections with regard to the armature cross section and, if possible, are designed without an air gap. The entire magnet system is arranged almost symmetrically to a plane of symmetry S, as a result of which the magnet system is practically divided into two equal halves of the magnetic energy content. The magnetic displacement 13 with its conical outer sheath lies both symmetrically to the axis A of the excitation coil 1 and in the plane of symmetry S of the magnetic iron system 3. The result of each of these individual measures leads to an increase in the lifting force characteristics compared to previous magnet systems. The measures can basically be used separately from each other. However, it is advisable to implement all of the measures presented in a magnet system in order to achieve the greatest possible increase in the lifting force characteristics compared to the previous magnet systems. so that with a continuous current power the tractive force characteristic has such a holding force that the high pulling force can be applied as a holding force at low continuous current power in the event of shock excitation.

Eine Untersuchung der Hubkraftwerte und des Leistungsbedarfes eines erfindungsgemäßen Hubmagneten im Vergleich zu einem handelsüblichen Hubmagneten mit gleichen Außenabmessungen und gleicher Hubhöhe hat bei Normalbetrieb und Stromstoßbetrieb folgende Vergleichswerte ergeben : Listenmäßiger Standard-Hubmagnet (Hub 10 mm) Typ A Erfindungsgemäß neues Magnetsystem (Hub 10 mm) Typ B Zugkraft Haltekraft Zugkraft Haltekraft 100 % ED Dauerbetrieb 6,2 Watt 10 N 16 N 23 N 100 N 5 % ED Aussetzbetrieb 83 Watt 62 N 90 N 100 N 400 N An examination of the lifting force values and the power requirement of a lifting magnet according to the invention in comparison with a commercially available lifting magnet with the same external dimensions and the same lifting height has shown the following comparison values in normal operation and surge mode: Listed standard solenoid (stroke 10 mm) type A According to the invention new magnet system (stroke 10 mm) type B traction Holding force traction Holding force 100% ED continuous operation 6.2 watts 10 N 16 N 23 N 100 N 5% ED intermittent operation 83 watts 62 N 90 N 100 N 400 N

Die Tabelle der gemessenen Daten zeigt, daß der erfindungsgemäße Magnet (Typ B) eine genügend große Haltekraft aufweist, um mit Sicherheit die etwa fünffache Anfangshubkraft bei Stoßmagnetisierung noch sicher aufbringen zu können.The table of the measured data shows that the magnet (type B) according to the invention has a holding force which is sufficiently large to be able to safely still apply about five times the initial lifting force in the case of shock magnetization.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SIGN LIST

11
ErregerspuleExcitation coil
22nd
magnetische Feldlinienmagnetic field lines
33rd
MagneteisensystemMagnetic iron system
3a3a
RohrführungPipe routing
3b3b
AnkergegenstückAnchor counterpart
3c3c
rohrförmiges Gehäusetubular housing
3d3d
GehäusedeckelHousing cover
44th
KolbenstangePiston rod
55
Ankeranchor
5a5a
erster Teil des Ankersfirst part of the anchor
5b5b
zweiter Teil des Ankerssecond part of the anchor
5e5e
Zylinderkörper des AnkersCylinder body of the armature
5f5f
Hohlzylinderkörper des AnkersHollow cylinder body of the armature
5g5g
Deckelteil des AnkersCover part of the anchor
66
StirnwandFront wall
77
ZylinderwandungCylinder wall
88th
StirnflächeFace
1010th
SteuerkonuswandungControl cone wall
1111
ÜbergangsflächeTransition area
1212th
Ende der RohrführungEnd of pipe routing
1313
magnetischer Hubraummagnetic displacement
1515
RohrführungPipe routing
1818th
ZwischenelementIntermediate element
2020th
AusbuchtungenBulges
3030th
außenseitige Fläche des Ankersoutside surface of the anchor
3232
KurzschlußplatteShort circuit plate
3434
AusnehmungRecess
3636
LuftspaltAir gap
3838
GehäusestoßfugeButt joint
5050
GewindeanschlußThreaded connection
mmmm
Millimetermillimeter
NN
NewtonNewton
SS
SymmetrieebenePlane of symmetry
AA
Achseaxis
Q1...Q10Q1 ... Q10
SchnittflächenCut surfaces
II.
KurvenverlaufCurve
IIII
KurvenverlaufCurve
X-XX-X
SchnittlinieCutting line
F, B,F, B,
PunktePoints
A', B'A ', B'
PunktePoints
yy
Achseaxis
S-SS-S
SchnittlinieCutting line

Claims (8)

  1. Direct-current lifting magnet having a cylindrical armature (5) which can be moved along one axis (A), an excitation coil (1) disposed coaxially with respect to said armature (5) and a fixed magnet iron system (3) for conducting the magnetic field having a hollow-cylindrical tubular guide (3a) disposed coaxially with respect to the axis (A) and situated between armature (5) and excitation coil (1) and having an armature counterpart (3b) which is situated at a specified distance opposite the tubular guide (3a) and which has an end wall situated opposite the armature (5) and a hollow-cylindrical regulating conical wall (10) which points in the direction of the armature (5), which is also disposed coaxially with respect to the axis (A), which is situated between armature (5) and excitation coil (1) and which is disposed at the end face at a distance from the hollow-cylindrical tubular guide with the formation of an annular air gap, and also having an air-gap-free housing wall which is disposed around the excitation coil (1) and which links the armature counterpart (3b) and the tubular guide (3a), wherein a closed magnetic-field line pattern can be generated in the magnet iron system (3) by passing current through the excitation coil (1), characterized in that the magnet iron system together with tubular guide (3a), armature counterpart (3b) and housing wall (3c) has, at its points which deflect the magnetic field lines (2) and at which a deflection angle of the magnetic field line pattern changes or is established, a cross section which is in each case increased compared with the armature cross section (Q1) in order to reduce the magnetic flux density at the deflecting points.
  2. Direct-current lifting magnet according to Claim 1, characterized in that the magnet iron system is provided with a cross-sectional area Q1 of the armature (5), a cross-sectional area Q2 of the magnet iron system (3) in the vicinity of the armature counterpart (3b) at the beginning of the wall of the regulating cone, a sectional area Q3 in the vicinity of a first deflection of the magnetic field between armature counterpart (3b) and housing walls (3c), a sectional area Q5 in the vicinity of a second deflection between the tubular housing wall (3c) of the magnet iron system (3) and the armature counterpart (3b), a cross sectional area Q6 of the tubular housing wall (3c) of the magnet iron system (3) and a cylindrical transition area Q10 between tubular guide (3a) and armature (5), and in that, to reduce the magnetic flux density at the deflecting points at which a deflection angle of the magnetic field line pattern changes or is established, the magnet iron system (3) fulfils at least to some extent the following conditions with regard to its cross sections: Q2 = (1.2 ... 1.8) × Q1
    Figure imgb0016
    Q3 = (1.3 ... 2.5) × Q2
    Figure imgb0017
    Q5 = (2.2 ... 4.0) × Q2
    Figure imgb0018
    Q6 = (1.1 ... 2.0) × Q1
    Figure imgb0019
    and Q10 = (3.0 ... 5.0) × Q2
    Figure imgb0020
  3. Direct-current lifting magnet according to Claim 1 or 2, characterized in that the magnet iron system (3) together with the excitation coil (1) is formed at least approximately symmetrically with respect to a symmetry plane (S) extending parallel to the cross section (Q1) of the armature (5), in that an end face (8) of the armature (5) is disposed in an initial lifting position at least to some extent so as to be situated on said symmetry plane (S) and, starting from this point, can be moved up to the end wall (6) of the armature counterpart (3b) into a final lifting position, and in that a cone end of the hollow-cylindrical regulating conical wall (1) is disposed at least approximately so as to adjoin the symmetry plane (S).
  4. Direct-current lifting magnet according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the armature (5) has a length by means of which its surface (30) remote from the armature counterpart (3b) terminates flushly with an outside wall of the tubular guide (3a) of the magnet iron system (3) in the final lifting position.
  5. Direct-current lifting magnet according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the armature (5) is provided with a short-circuit plate (32) at its surface (30) remote from the armature counterpart (3b).
  6. Direct-current lifting magnet according to one of Claims 1 to 5, characterized in that an annular recess (34) is disposed on an outside of the magnet iron system (3) between tubular guide (3a) and housing (3c).
  7. Direct-current lifting magnet according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the magnet iron system (3) is provided with bulges (20) at its points which deflect the magnetic field lines (2).
  8. Direct-current lifting magnet according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the regulating conical walls (10) of the armature counterpart (3b) are provided with a conical outside surface.
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