DE1464896C - Tauchanker-Elektromagnet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tauchanker-Elektromagnet, an dessen Ankergegenpol mindestens eine Ringrippe von trapezförmigem Querschnitt angeformt ist und dessen Ankerpol mindestens eine komplementäre Ringnut von trapezförmigem Querschnitt hat.

Es ist bekannt, einen zylindrischen Ankerpol mit einem hohlzylindrischen Ankergegenpol in einem Elektromagneten zusammenwirken zu lassen, wobei der Ankerpol am Stirnende sich trapezförmig verjüngen kann und in eine komplementäre Trapezöffnung seines Ankergegenpols im Betriebsfall hineingezogen wird (Patentschrift Nr. J.5 575 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin). Weiterhin ist es bekannt, bei einem Tauchanker-Elektromagneten einen hülsenförmigen Ankerpol an seinem. Arbeitsende hohlkegelförmig zu gestalten und zur Veränderung der Hubkraftcharakteristik darin einen zylindrischen Ankerteil verschraubbar anzuordnen, wobei der Ankergegenpol entsprechend kegelförmig gestaltet ist und eine zylindrische zentrale Ausnehmung aufweist (deutsche Patentschrift 847 465). Bei diesen bekannten Elektromagneten wird lediglich angestrebt, - bei einer bestimmten Erregung eine gewünschte Hubkraftcharakteristik zu erzielen, wobei die Kraft allenfalls in einem gewissen Hubbereich konstant sein soll. Die Abhängigkeit der Zugkraft von der Erregung ist nicht angesprochen. Ausgehend von den gegebenen Abmessungen und der erforderlichen Leistungsaufnahme ist ferner als nachteilig die verhältnismäßig geringe Zugkraft dieser Elektromagneten anzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tauchanker-Elektromagneten bei gegebener Leistungsaufnahme mit möglichst hoher Zugkraft zu versehen, welche in einer eindeutigen, nahezu linearen Beziehung zur Erregung des Elektromagneten steht.

Dies wird bei einem Tauchankermagneten der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß Ankergegenpol und Ankerpol eine hohlzylindrische Grundform haben und daß die an deren jeweils kreisringförmiger Stirnfläche vorgesehene Ringrippe bzw. Ringnut in ihrem trapezförmigen Querschnitt derart ausgebildet ist, daß die Basisfläche der Ringrippe gleich der Summe der seitlichen . Ringflächen der Nut (Kegelstumpf-Mantelflächen) ist

ίο und die seitlichen Ringflächen der Nut jeweils gleich dem kreisringförmigen Querschnitt sind, der am Grunde der Nut zwischen dieser und der äußeren bzw. inneren Zylinderfläche des Ankerpols besteht. Damit ist es gelungen, eine überraschende Steigerung der Zugkraft solcher Elektromagnete zu erzielen, obwohl man gleiche geometrische Abmessungen beibehält und für gleiche elektrische Leistungsaufnahme sorgt. Die Steigerung der Zugkraft gegenüber bisher üblichen Elektromagneten beträgt bei vergleichbaren Dimensionen und gleicher elektrischer Leistungsaufnahme etwa 100 %.

Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, daß bei der angegebenen Dimensionierung von Ankerpol und Ankergegenpol die Zugkraft bei allen Erregungen auf dem ganzen Ankerwege praktisch konstant bleibt, während bei üblichen Elektromagneten diese Kraft erheblich, z. B. im Verhältnis 3 : 5 oder noch mehr, schwankt und allenfalls nur bei einer einzigen Erregungsstärke eine geringere Schwankung erzielt werden kann. Aus der Lagenunabhängigkeit der Zugkraft bei konstanter Erregung ergibt sich ferner eine eindeutige Beziehung zwischen Zugkraft und Erregung, wobei diese Beziehung in weiten Grenzen . praktisch linear ist. Der Elektromagnet eignet sich , daher vorzüglich zum Einbau in Reguliervorrichtungen, z. B. Regulierventile, in Bremsvorrichtungen, Prüfvorrichtungen u. dgl.

Für die praktische Bemessung der Elektromagnete erwies es sich ferner als sehr zweckmäßig, die kreisringförmige Querschnittsfläche des Ankergegenpols in an sich bekannter Weise annähernd doppelt so groß auszubilden wie die kreisförmige Querschnittsfläche der Ringrippe in deren halber Höhe:

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt ■'.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Tauchanker-Elektromagneten nach der Erfindung und .-

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die einander gegenüberliegenden Stirnflächen von Ankerpol und

So Ankergegenpol.in größerem Maßstab. " "*'"-""' "'<

Der, Elektromagnet weist einen zylindrischen Ankergegenpol 1 aus Weicheisen auf, der an einem Ende mit einem Flansch 2 versehen ist, dessen Peripherie eines der Enden eines zylindrischen Mantels 3 von innen berührt. Das andere Ende des Mantels 3 umschließt einen Rückschlußdeckel 4, der ein zentrales Loch aufweist, durch ^welches eine Zugstange 6 hindurchgeht. Das innere Ende der Zugstange 6 ist mit einem zylindrischen Ankerpol 7 fest verbunden, der gleichen Außendurchmesser hat wie der Ankergegenpol 1. Der Mantel 3, der Deckel 4 und der Ankerpol 7 bestehen aus Weicheisen und bilden einen magnetischen Kreis, der bis auf einen Luftspalt si zwischen Ankerpol 7 und Ankergegenpoll sowie die Luftspaltes2 und s3 zwischen dem Ankerpol 7 und dem Deckel 4 in ferromagnetischem Material verläuft.

Im Luftspalt s 2, der sich zwischen der unteren

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Stirnfläche des Ankerpols 7 und dem dazu parallelen Zur Verdeutlichung der Basis der Erfindung Teil des Deckels 4 befindet, ist eine Ringscheibe 8 können die folgenden Überlegungen dienen. Zu den aus nicht magnetisierbarem Material angeordnet, Beziehungen 1 bis 3 gelangt man, ausgehend von welche verhindert, daß der Luftspalt s2 die darge- der Erkenntnis, daß im Luftspalt si die Kraftlinienstellte, minimale Breite unterschreitet. Im Luftspalt 5 dichte zwischen den einander gegenüberliegenden i3, der sich zwischen dem unteren Teil·des äußeren Kegelstumpf-Mantelflächen der Ringrippe 15 und der Umfangs des Ankerpols 7 und einem ihn umgeben- Ringnut 16 am größten ist, mit der Forderung, daß den Teil des Deckels 4 befindet, ist eine ebenfalls der an dieser Stelle durch die Flächen F₃ und F₄ geaus. nicht magnetisierbarem Material bestehende hende magnetische Fluß weder im Ankerpol7 noch Buchse 9 angeordnet, in welcher der Ankerpol 7 ge- ίο im Ankergegenpol 1 an irgendeiner Stelle, weder bei führt ist. Zur Führung des Ankers .7 dient ferner F_G und F₅, noch bei F₇, auf eine kleinere Fläche einnoch ein in der Achse des Elektromagneten liegender geengt werden darf als in diesen Flächen F₃ und F₄. Bolzen 10 aus nicht magnetisierbarem Material, des- Andererseits wird davon ausgegangen, daß es Platzsen unteres Ende von leicht verringertem Durch- und Materialverschwendung bedeuten würde, wenn messer fest mit diesem Anker 7 verbunden ist, wäh- 15 man F₅, F₆ und F₇ größer machen würde, als es die rend sein oberes Ende von leicht vergrößertem obigen Beziehungen fordern. Die obenerwähnte BeDurchmesser in einer zentralen Sackbohrung 11 des ziehung 4 erwies sich bei der praktischen Bemessung Ankergegenpols 1 geführt ist. . dieses Elektromagneten als äußerst zweckmäßig. Aus

In dem zwischen dem Ankergegenpol 1 und dem diesen Beziehungen 1 bis 4 erhält man in der Praxis

Ankerpol 7 einerseits und dem Mantel 3 andererseits 20 meist eine Nutentiefe, die etwa gleich dem zehnten

vorhandenen, in Axialrichtung durch den Flansch 2 Teil des Ankerpol- bzw. Ankergegenpol-Außen-

und den Deckel 4 begrenzten Hohlraum ist eine Er- durchmessers ist.

regerwicklung 12 untergebracht, welche auf ein mit Ein erfindungsgemäßer Elektromagnet der vorer-Flanschen 13 versehenes Spu.lenrohr 14 aufgebracht wähnten Gestaltung mit einem Durchmesser von ist. Von der dem Ankerpol 7 gegenüberliegenden, 25 100 mm und einer Länge von 120 mm würde bei ebenen Stirnfläche des Ankergegenpols 1 ragt eine der jeweils nachfolgend angegebenen Gleichstromringförmige Rippe 15 von trapezförmigem Quer- erregung die folgende Zugkraft aufweisen: schnitt vor, der eine ringförmige Nut 16 gleichen _{etwa 25 kg bei 2000 Amper}ewindungen Querschnitts gegenübersteht, die in der betreffen- ■ ° ^r den, im übrigen ebenfalls ebenen . Stirnfläche des ₃₀ etwa 35 kg bei 2500 Amperewindungen Ankerpols 7 vorgesehen ist. etwa 45 kg bei 3000 Amperewindungen

Gemäß F i 2.2 der Zeichnung selten folgende Be- ^_n , . . ,„„„ , . ,

zeichnungen· , . · etwa 60 kg bei 4000 Amperewindungen.

F₁ ist die Fläche des kreisringförmigen Querschnitts Bei einer Leistungsaufnahme von 40 Watt betrug des. Ankergegenpols 1; ■ 35 die Arbeitsleistung etwa 30 cm/kg. Bei Abweichung F₂ ist die Fläche des kreisringförmigen Querschnitts von den angegebenen Dimensionsbeziehungen 1 bis 4 der ringförmigen Rippe 15 in ihrer halben Höhe; verringert sich die Zugkraft des Elektromagneten F₃ ist die äußere Kegelstumpf-Mantelfläche der ring- sehr rasch, so daß eine Toleranz von +10% in dieförmigenNutlö; . : sen Beziehungen nicht überschritten werden sollte. F₄ ist die innere Kegelstumpf-Mantelfläche der ring- 40 Es sei noch erwähnt, daß gegen Ende der Ankerförmigen Nut 16; " bewegung, also bei sehr kleinem Luftspalt si, zwar F₅ ist die Fläche des äußeren kreisringförmigen ein erheblicher Teil des gesamten magnetischen Querschnitts des Ankerpols 7, welche sich an Flusses nicht mehr durch die Flächen F₃ und F₄ λ den Boden der Nut 16 bis zur Zylinderaußen- hindurchgeht, daß aber dann die Kraftliniendichte fläche anschließt; ; ~/ 45 sehr stark abnimmt, während andererseits die spe-F₆ ist die Fläche des inneren, kreisringförmigen zifische Anziehungskraft dem Quadrat der Kraft-Querschnitts des Ankerpols 7, welche sich im liniendichte proportional ist. Die Versuche zeigen, Anschluß an den Boden der Nut 16 bis zur daß bei Einhaltung obiger Beziehungen diese beiden inneren Zylinderfläche anschließt; "■_ > "; Effekte sich praktisch kompensieren. ,F₇ ist die Fläche des kreisringförmigen Querschnitts 50 Es versteht sich, daß gleich gute Ergebnisse auch der ringförmigen Rippe 15 an ihrer Basis. erzielt werden könnten, wenn der Ankerpol 7 und Nach der Erfindung werden nun die vorerwähnten ^der Ankergegenpol 1 ihre Funktion miteinander verFlächen nach folgenden Beziehungen gestaltet: ' tauschen wurden Ferner konnte man auch mehrere

, · komplementäre Ringnppen und Ringnuten am An-

1· ^3 ⁼ F5 55 kerpol und Gegenankerpol anbringen. Diese beiden

• ' 1 2.F=F Pole müssen dann in Paare von koaxialen hohlzy-

*_ ^β C lindrischen Elementen aufteilbar sein, die dem

*' ¹¹T ~ ^a*"** :\ '..■■■ Ankergegenpol 1 und dem Ankerpol 7 von Fig.

4.· F₁ = 2-F₂ . - :. entsprechen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Tauchanker-Elektromagnet, an dessen Ankergegenpol mindestens eine Ringrippe von trapezförmigem Querschnitt angeformt ist und dessen Ankerpol mindestens eine komplementäre Ringnut von trapezförmigem Querschnitt hat, dadurch gekennzeichnet, daß Ankergegenpol (1) und Ankerpol (7) eine hohlzylindrische Grundform haben und daß die an deren jeweils kreisringförmiger Stirnfläche vorgesehene Ringrippe (15). bzw. Ringnut (16) in ihrem trapezförmigen Querschnitt derart ausgebildet ist, daß die Basisfläche der Ringrippe (F.) gleich der Summe der seitlichen Ringflächen (F₃, F₄) der Nut (Kegelstumpf-Mantelflächen) ist und daß die seitlichen Ringflächen (F₃ bzw. F₄) der Nut je-

. weils gleich dem kreisringförmigen Querschnitt sind, der am Grunde der Nut zwischen dieser und der äußeren (F₅) bzw. inneren (F₀) Zylinderfläche des Ankerpols besteht.

2. Tauchanker-Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringförmige Querschnittsfläche (F₁) des Ankergegenpols (1) in an" sich bekannter Weise annähernd doppelt so groß ist wie die kreisringförmige Querschnittsfläche (F₂) der Ringrippe (15) in deren halber Höhe.