DE1990028U - LOAD LIFTING MAGNET. - Google Patents
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Dipl.-lng. Klaus Neubecker ": Düsseldorf, den 30. Mai 1968Dipl.-lng. Klaus Neubecker ": Düsseldorf, May 30, 1968
4 Dusseldorf-Eller
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Lothar FritzLothar Fritz
'5159 ICerpen Bez. Köln, '5159 ICerpen district Cologne, 'Wäldstraße 'Woodland Road 33
LasthebemagnetLifting magnet
Die vorliegende Neuerung betrifft einen Lasthebemagneten mit einem Magnetpole aufweisenden ferromagnetischen Gehäuse und wenigstens einer zur Erzeugung magnetischer Zugkräfte dienenden elektrischen Erregerwicklung.The present innovation relates to a lifting magnet with a ferromagnetic housing having magnetic poles and at least one electrical excitation winding used to generate magnetic tensile forces.
Bei herkömmlichen Elektromagneten dieser Art weist das ferromagnetische Gehäuse Magnetpole mit zur Erfassung der magnetischen Last dienenden Polflächen auf, durch die ein Großteil der magnetischen Feldlinien verläuft. Zur Ausübung einer Zugkraft auf die Last sind jedoch nur die Normalkomponenten der Induktion geeignet, die tangentialen Komponenten bleiben dagegen für"die Last ohne anziehende Wirkung. Das Verhältnis von Normalkomponenten zu Tangentialkomponenten der magnetischen Induktion soll daher -In conventional electromagnets of this type, the ferromagnetic housing has magnetic poles with pole faces which are used to detect the magnetic load and through which a large part of the magnetic field lines run. However, only the normal components of induction are suitable for exerting a tensile force on the load; the tangential components, on the other hand, remain without an attractive effect for the load.
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in der gesamten Polfläche des Elektromagneten so groß wie möglich sein. Tatsächlich ist dieses Verhältnis von normalenbe as large as possible in the entire pole face of the electromagnet. In fact, this ratio is normal
Komponenten Nutzkomponenten zu tangentialen'für bekannte ElektromagnetenComponents useful components too tangential 'for known electromagnets
der hier in Rede stehenden Art verhältnismäßig niedrig.of the type in question here, relatively low.
ähnlich ist bei elektrischen Lasthebemagneten nach dem Stand der Technik auch das Verhältnis der grundsätzlich hohe Induktionen erzeugenden ferromagnetischen Polfläche zur gesamten, der Last gegenüberliegenden Fläche des Lasthebemagneten vergleichsweise niedrig, so daß insofern auch der Wirkungsgrad bekannter Lasthebemagnete verhältnismäßig niedrig ist,- (wobei hier unter Wirkungsgrad das Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht des Lasthebemagneten verstanden werden soll). Einer der Hauptgründe für einen solchen niedrigen Wirkungsgrad der bisher bekannten Lasthebemagneten ist darin zu sehen, daß ein bestimmtes Volumen des ferromagnetischen Gehäuses für die Aufnahme der Erregerwicklung freigehalten werden muß.Similarly, in the case of electrical lifting magnets according to the prior art, the ratio of the ferromagnetic pole surface, which generally generates high induction, to the entire surface of the lifting magnet opposite the load is comparatively low, so that the efficiency of known lifting magnets is also relatively low in this respect , - (here below efficiency the ratio of the payload to the dead weight of the lifting magnet should be understood). One of the main reasons for such a low degree of efficiency of the previously known lifting magnets is to be seen in the fact that a certain volume of the ferromagnetic housing has to be kept free to accommodate the field winding.
Aufgabe vorliegender Neuerung ist daher die Schaffung eines elektrischen Lasthebemagneten, bei dem die Ausnutzung bzw. der Wirkungsgrad wesentlich größer ist als bei bekannten Elektromagneten von entsprechendem Aufbau, d.h. also eines Elektromagneten gleicher Gesamtgröße und gleicher Ampdrewindungen-wieein * entsprechender Elektromagnet nach dem Stand der Technik, der jedoch eine wesentlich größere Zugkraft als ein solcher bekannter Elektromagnet auf eine Last auszuüben vermag. Dies ist schon gewährleistet, wenn geringere magnetische Verluste als bei bisher bekannten Elektromagneten in Kauf genommen werden müssen. ;. 'The task of the present innovation is therefore to create an electric lifting magnet in which the utilization or the Efficiency is much greater than that of known electromagnets of a suitable structure, i.e. an electromagnet the same overall size and the same ampdrew turns-like one * corresponding electromagnet according to the state of the art, which, however, is able to exert a much greater tensile force than such a known electromagnet on a load. this is already guaranteed if lower magnetic losses than must be accepted in previously known electromagnets. ;. '
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Zur Lösung einer solchen Aufgabe ist ein Lasthebemagnet der. eingangs erwähnten Art neuerungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung außer einem Wicklungsabschnitt aus elektrisch leitendem, aber nicht-ferromagnetischem Material wenigstens einen Y/icklungsabschnitt mit Windungen aus ferromagnetischem Werkstoff aufweist und daß der Wicklungsabschnitt mit den ferromagnetischen lbindungen unter Wahrung eines von ferromagnetischem Werkstoff freien Gebietes zwischen benachbarten, eine entgegengesetzte magnetische Polarität aufweisenden Polen des ferromagnetischen Gehäuses in Nähe des ferromagnetischen Gehäuses in den magnetischen Querschnitt des Gehäuses verstärkender leise angeordnet ist.To solve such a problem, a lifting magnet is the. initially mentioned type according to the innovation characterized in that that the excitation winding apart from a winding section made of electrically conductive, but non-ferromagnetic material at least one Y / winding section with turns made of ferromagnetic Has material and that the winding section with the ferromagnetic bonds while maintaining one of ferromagnetic material free area between adjacent, an opposite magnetic polarity having Poles of the ferromagnetic housing in the vicinity of the ferromagnetic housing in the magnetic cross section of the housing amplifying is placed quietly.
Dadurch ist es tatsächlich möglich, im Wickelraum des ferromagnetischen Gehäuses im wesentlichen die gleiche Anzahl Ampe*rewindungen unterzubringen wie bei einem entsprechend aufgebauten Elektromagneten nach dem Stand der Technik, dennoch aber einen ferromagnetischen Querschnitt vorzusehen, der größer ist als bei einem entsprechenden Elektromagneten nach dem Stand der Technik.This actually makes it possible to use the winding space of the ferromagnetic Housing to accommodate essentially the same number of ampere * rewindings as in a suitably constructed Electromagnet according to the prior art, but nevertheless to provide a ferromagnetic cross section which is larger is than with a corresponding electromagnet according to the state of the technique.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Neuerung kann ein einem Magnetpol zugeordneter Wicklungsabschnitt aus ferromagnetisehem Werkstoff durch eine angesetzte Polplatte mindestens teilweise abgedeckt sein, so daß sich auch eine Vergrößerung des Verhältnisses von ferr©magnetischer Polfläche zu gesamter, der Last gegenüberliegender Magnetfläche ergibt.According to a further advantageous feature of the innovation, a winding section assigned to a magnetic pole can be made of ferromagnetic Material through an attached pole plate at least be partially covered, so that there is also an increase in the ratio of ferr © magnetic pole surface to the total, the load on the opposite magnetic surface.
Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Neuerung werden nachstehend anhand von Äusführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Darin zeigen:Further details and benefits of the innovation are given below explained by means of examples in connection with the accompanying drawing. Show in it:
Pig. I einen radialen Schnitt durch einen.topfartig ausgebildeten elektrischen Lasthebemagneten herkömmlicher Bauart;Pig. I a radial section through a pot-like design electric lifting magnets of conventional design;
Fig. 2 einen radialen Schnitt durch einen etwas abgewandelten, topfartig ausgebildeten Lasthebemagneten nach dem Stand der Technik mit einer etwas günstigeren Ausbildung des Gehäuses sowie der Erregerwicklung, so daß sich ein besserer Wirkungsgrad als bei der Ausführung nach Fig. 1 ergibt; ■2 shows a radial section through a somewhat modified, Pot-shaped lifting magnets according to the state the technology with a somewhat cheaper training of the Housing as well as the excitation winding, so that there is a better efficiency than in the execution after Fig. 1 shows; ■
Fig. 3 einen Radialschnitt durch einen topfartigen Lasthebemagneten von dem Magneten nach Fig. 1 entsprechendem Aufbau, der darüber hinaus jedoch neuerungsgemäß ausgestaltet ist;3 shows a radial section through a pot-like lifting magnet of the magnet according to FIG. 1 corresponding structure, which, however, is also designed according to the innovation is;
Fig. 4 einen Radialschnitt durch-eine Hälfte eines topfartig ausgebildeten Elektromagneten ähnlich Fig. 3, bei dem jedoch gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Neuerung die Erregerwicklung etwas abgewandelt angeordnet ist;4 shows a radial section through one half of a pot-like trained electromagnet similar to FIG. 3, in which, however, according to a further embodiment of the present innovation the excitation winding is arranged somewhat modified;
Fig. 5 schematisch einen Schnitt durch einen U-förmigen Lasthebemagneten nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Neuerung;5 schematically shows a section through a U-shaped lifting magnet according to a further embodiment of the present innovation;
Fig. 6 in vergrößertem Maßstab eine Teilansicht der Fig. 4, die Einzelheiten hinsichtlich der neuerungsgemäß weiter vorgeschlagenen Ausbildung der Erregerwicklung erkennen läßtj undFIG. 6 shows, on an enlarged scale, a partial view of FIG. 4, the details with regard to the further proposed development of the excitation winding reveals j and
Fig. 7 schematiseh eine Schaltungsanordnung für die Erregerwicklung, bei der sich weitere Vorzüge der Neuerung ergeben.7 schematically shows a circuit arrangement for the field winding, in which there are further advantages of the innovation.
Wie vorstehend bereits angedeutet, geben die Fig. 1 und 2 jeweils Ausführungen, nach dem Stand der Technik wieder, auf die nachstehend kurz Bezug genommen werden soll, um die der vorliegenden Neuerung zugrunde liegenden Probleme sowie die' dadurch erreichten Vorteile besser verständlich zu machen.As already indicated above, FIGS. 1 and 2 each reproduce embodiments according to the prior art of the following Brief reference should be made to the problems underlying the present innovation and the advantages achieved thereby to make it easier to understand.
Der Lasthebemagnet nach Fig. 1 hat grundsätzlich einen topfartigen Aufbau. Ein etwa nach Art einer kreisförmigen Scheibe ausgebildeter Magnetrücken 1 verbindet einen im wesentlichen zylindrischen Mittelpol 2 mit einem den Mittelpol 2 etwa konzentrisch umgebenden ringförmigen Außenpol 3. In dem zwischen dem Mittelpol 2 und dem Außenpol 3 verbleibenden freien Baum ist eine Erregerwicklung 4 untergebracht, die im stromführenden Zustand in bekannter Weise bewirkt, daß über Polflächen 8 und 7 des Mittelpoles 2 bzw. des Außenpoles eine Last 5 angezogen wird. Der Mittelpol 2 ist an seinem unteren, der Last 5 zugewandten Ende mit einer Mittelpolplatte versehen, wie das in Fig. 1 angedeutet ist. Der Außendurchmesser dieser Polplatte kann verhältnismäßig klein" sein, so daß sich die aus derThe lifting magnet according to FIG. 1 basically has a pot-like shape Construction. A magnet back 1 designed approximately in the manner of a circular disk connects an essentially cylindrical center pole 2 with an annular outer pole 3 surrounding the center pole 2 approximately concentrically. In the one between the center pole 2 and the outer pole 3 remaining free tree is an excitation winding 4 housed, which in the current-carrying state causes in a known manner that over pole faces 8 and 7 of the central pole 2 and the outer pole a load 5 is attracted. The center pole 2 is at its lower, the end facing the load 5 is provided with a center pole plate, as indicated in FIG. 1. The outer diameter of this pole plate can be "relatively small", so that from the
linken Hälfte der Fig. 1 ersichtlichen Verhältnisse ergeben,oder auch weiter reichen, so daß man die aus der rechten Hälfte der Fig. 1 ersichtliche Polplatte 2a erhält.left half of Fig. 1 apparent relationships result, or also extend further, so that the pole plate 2a shown in the right half of FIG. 1 is obtained.
In der linken Hälfte der Fig. 1 sind eine Reihe von- Feldlinieneingezeichnet, die den bei einem Elektromagneten entsprechend dem Aufbau der Fig. 1 auftretenden Feldverlauf repräsentieren. Die Linie Ll bezeichnet das Gebiet, in dem die Normalkomponenten der magnetischen Induktion ihr Minimum und im wesentlichen die Länge Null haben. Der Schnittpunkt der beiden Linien Ll, L2 stellt die Quelle des magnetischen Feldes dar. Die Stellen, "an denen die Linien Ll und L2 den Jochrücken 1 bzw. den Außenpol 3 schneiden, bilden kritische Querschnitte, in denen es bei starker Erregung zuerst zu Sättigungserscheinungen kommt.In the left half of Fig. 1 a number of field lines are drawn, which represent the field profile occurring in an electromagnet according to the structure of FIG. The line Ll denotes the area in which the normal components of magnetic induction are their minimum and essentially the Have zero length. The intersection of the two lines Ll, L2 represents the source of the magnetic field. The places, "an where the lines Ll and L2 intersect the yoke back 1 and the outer pole 3, form critical cross-sections in which there is strong Arousal comes first to satiety.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, verläuft nur ein Teil des Flusses durch das magnetisch gut leitende ferromagnetische Gehäuse, während ein erheblicher Anteil der Feldlinien außerhalb des Gehäuses, insbesondere in dem von der Erregerwicklung 4 ausgefüllten Raum verläuft. Dementsprechend kommt es zu erheblichen magnetischen Verlusten in diesem nicht-ferromagnetischen Gebiet. Dartiber hinaus weisen die Normalkomponenten der magnetischen Induktion in dem Gebiet zwischen den Polen 2 und-3. nur verhältnismäßig kleine Längen mit Induktionswerten in der Größenordnung von 0 und 1 kG auf, so daß auf die Last 5 in diesem Gebiet keine nennenswerte Wirkung ausgeübt werden kann. Nur die Vektoren der magnetischen Induktion in den Polflächen 6 bzw. 7 besitzen großeAs can be seen from Fig. 1, only part of the river runs due to the magnetically highly conductive ferromagnetic housing, while a considerable proportion of the field lines outside the Housing, especially in the one filled by the field winding 4 Space runs. Accordingly, there is considerable magnetic loss in this non-ferromagnetic area. In addition, the normal components of the magnetic Induction in the area between poles 2 and 3. only proportionally small lengths with induction values of the order of magnitude from 0 and 1 kG, so that there is no load 5 in this area significant effect can be exercised. Only the vectors of the magnetic induction in the pole faces 6 and 7 have large
Normalkomponenten rait Werten magnetischer Induktion in der Größenordnung von zwischen 10 und 20 kG.Normal components rait values of magnetic induction in the Order of magnitude between 10 and 20 kG.
Bei gut dimensionierten runden Lasthebemagneten der vorliegenden Art ist der Anteil der ferromagnetische!! Flächen an der Gesamtpolfläche selten größer als 35 %. Der Beitrag der zwischen den aktiven ferromagnetischen Polflächen befindlichen Kreisringfläche, die ihrerseits ca. 65 % der Gesamtpolfläche ausmacht, zu der Gesamtzugkraft ist nur sehr gering und liegt bei maximal 10 % der Gesamtkraft, mit der die Last angezogen wird.In the case of well-dimensioned round lifting magnets of the present type, the proportion is ferromagnetic !! Areas on the total pole surface rarely greater than 35%. The contribution of the circular ring surface between the active ferromagnetic pole surfaces, which in turn makes up approx. 65% of the total pole surface, to the total tensile force is only very small and is a maximum of 10% of the total force with which the load is attracted.
Soll also die Zugkraft merklich gesteigert und der Wirkungsgrad des Elektromagneten damit erhöht werden, so müssen die Normalkomponenten der Induktion in dem Gebiet zwischen den Polen 2 und 3 vergrößert werden.So if the tensile force is to be increased noticeably and the efficiency of the electromagnet is increased, the normal components must be used the induction in the area between poles 2 and 3 can be increased.
Ferner ist eine Verstärkung der Querschnitte des ferromagnetischen Gehäuses anzustreben, insbesondere in den Bereichen, in denen die Linie L2 den Außenpol 3 bzw. den Mittelpol 2 und die Linie Ll den Magnetrücken 1 schneiden. In diesen Gebieten neigt das ferromagnetische Gehäuse besonders stark zur Sättigung, was zu einem Anstieg der magnetischen Verluste und damit zu einer Verringerung der an den Polflächen zur Verfugung stehenden magnetischen Induktion führt. Mit bekannten Mitteln ist eine Vergrößerung dieser kritischen Querschnittsgebiete jedoch nicht möglich, ohne andere Nachteile in Kauf zu nehmen, da entweder das Gesamtvolumen des Magneten vergrößert oder aber der Querschnitt der Erregerwicklung verringert werden müßte.Furthermore, there is a reinforcement of the cross-sections of the ferromagnetic Aim for housing, especially in the areas of where the line L2 the outer pole 3 or the center pole 2 and the Line Ll cut the magnet back 1. In these areas it tends the ferromagnetic housing is particularly strong to saturation, which leads to an increase in magnetic losses and thus to a Reduction of the magnetic available on the pole faces Induction leads. With known means, however, it is not possible to enlarge these critical cross-sectional areas possible without accepting other disadvantages, as either the total volume of the magnet would be increased or the cross section of the excitation winding would have to be reduced.
Wie bereits angedeutet, ist auch schon versucht worden, den Wirkungsgrad von elektrischen Lasthebemagneten durch die Anordnung von Polplatten 2a mit großem Durchmesser zu verbessern. Der durch eine solche Maßnahme erzielte Fortschritt ist prak- tisch jedoch vernachlässigbar. Wie mit den beiden Feldlinien im rechten Teil der Fig. 1 angedeutet, muß der Fluß in diesem Gebiet trotz der Polplatte 2a einen verhältnismäßig großen nichtmagnetischen Raum passieren, so daß große magnetische Verluste entstehen. Die Normalkomponenten der magnetischen Induktion nehmen im übrigen in Richtung nach radial außen gesehen sehr rasch über die Breite der Polplatte 2a zu deren Außenkante hin ab.As already indicated, attempts have already been made to obtain the To improve the efficiency of electric lifting magnets by arranging pole plates 2a with a large diameter. The progress made by such an action is practical but negligible. As indicated by the two field lines in the right part of Fig. 1, the flow in this Area despite the pole plate 2a pass a relatively large non-magnetic space, so that large magnetic Losses arise. The normal components of the magnetic induction also increase very rapidly across the width of the pole plate 2a, seen in the radially outward direction Outer edge down.
Um solchen Nachteilen abzuhelfen und den Anteil der Normalkomponenten der Induktion in dem Gebiet zwischen den Polen 2,3 zu erhöhen, wurde daher schon ein Lasthebemagnet mit einem Aufbau entsprechend der Fig. 2 vorgeschlagen. Der Lasthebemagnet nach der Fig. 2 hat in ähnlicher Weise wie der Magnet nach Fig. 1 einen Magnetrücken S, einen ringförmigen Außenpol und einen Mittelpol 9. "Ein -Teil· der Erregerwicklung ist hierbei als Hilfswicklung 11 ausgebildet, die in einer geeigneten : ringförmigen Ausnehmung des Mittelpoles 9 untergebracht ist und dabei von einem ringförmigen Hilfspol 10 umgeben wird. Die beiden Teilwicklungen sind einander so zugeordnet, daß die magnetische Polarität des Hilfspoles 10 einerseits und des Mittelpoles 9 andererseits jeweils gleich sind und somit die Pole 9 und 10 durch eine Polplatte 9a überbrückt werden können, ohne daß es dabei zu einem magnetischen Kurzschluß kommt.In order to remedy such disadvantages and to increase the proportion of the normal components of the induction in the area between the poles 2, 3, a lifting magnet with a structure according to FIG. 2 has already been proposed. . The lifting magnet according to FIG 2 has a magnet back S, an annular external pole and a center pole 9. "A -part · the excitation winding is embodied as an auxiliary winding 11 in a similar manner as the magnet of Figure 1 in a suitable: annular. Recess of the central pole 9 and is surrounded by an annular auxiliary pole 10. The two partial windings are assigned to one another in such a way that the magnetic polarity of the auxiliary pole 10 on the one hand and the central pole 9 on the other hand are the same and thus the poles 9 and 10 by a pole plate 9a can be bridged without causing a magnetic short circuit.
Die Feldlinien verlaufen dann etwa in der Weise, wie das in der linken Hälfte der Fig. 2 schematisch veranschaulicht ist. Wie daraus ersichtlich, haben die Normalkomponenten der Induktion im Bereich der Polfläche 12 des Hilfspoles 10 dabei tatsächlich eine Vergrößerung erfahren, und ebenso ist der Abstand zwischen dem Mittelpol 9 und dem Außenpol verringert, so daß auf diese Y/eise tatsächlich eine gewisse Verbesserung des Wirkungsgrades eintritt. Dennoch müssen die magnetischen Feldlinien, die sich im Gebiet der Hilfswicklung 11 erstrecken, einen nichtmagnetischen Bereich durchlaufen. Wenngleich daher die Summe der Normalkomponenten der magnetischen Induktion gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 vergrößert wird, so ist der für den magnetischen Fluß zur Verfugung stehende Querschnitt ferromagnetisehen Materials doch noch im wesentlichen derselbe wie in Fig. 1, so daß weiterhin beträchtliche magnetische Verluste auftreten. Außerdem bleibt auch das Problem der Sättigung des magnetischen Querschnittes zumindest in den kritischen Gebieten in der gleichen Weise wie bei Fig. 1 bestehen. Die Normalkomponenten der die Polfläche schneidenden Induktionslinien sind über die radiale Breite der Polfläche 12 im wesentlichen konstant - im Gegensatz zu den Normalkomponenten, die die Polplatte 2a der Fig. 1 verlassen und zum Außenrand der Polplatte 2a hin rasch abnehmen -, jedoch beträgt ihr Wert nur 55 % des für die PoIflache 14 des Mittel-, poles 9 geltenden Wertes.The field lines then run approximately in the way that is illustrated schematically in the left half of FIG. As can be seen from this, the normal components of the induction in the area of the pole face 12 of the auxiliary pole 10 actually have experience an enlargement, and also the distance between the center pole 9 and the outer pole is reduced, so that on this Y / if there is actually a certain improvement in the efficiency. Still, the magnetic field lines that are located extend in the area of the auxiliary winding 11, a non-magnetic Traverse area. Even though it is the sum of the normal components the magnetic induction compared to the embodiment of FIG. 1 is increased, so is that for the magnetic flux Available cross-section of ferromagnetic material but still essentially the same as in FIG. 1, so that considerable magnetic losses continue to occur. In addition, remains also the problem of saturation of the magnetic cross-section at least in the critical areas in the same way as exist in Fig. 1. The normal components of the pole face intersecting induction lines are essentially constant over the radial width of the pole face 12 - in contrast to the Normal components that leave the pole plate 2a of FIG. 1 and rapidly decrease towards the outer edge of the pole plate 2a - but if its value is only 55% of that for area 14 of the central, poles 9 of the applicable value.
Nachdem vorstehend anhand der beiden Fig. 1 und 2 die grundlegenden Probleme dargelegt wurden, wie sie beim Bau von After the basic problems have been set out above with reference to the two FIGS. 1 and 2, as they occur in the construction of
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elektrischen Lasthebemagneten auftreten, soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 gezeigt werden, wie diese;Problemeder bekannten Magneten nach den Fig. 1 bzw. 2 neuerungsgemäß jedenfalls weitgehend beseitigt werden. Der wiederum topfartig ausgebildete Lasthebemagnet nach Fig. 3 besitzt einen Mittelpol 15, der über ein kreisscheibenförmiges Magnetjoch 16 mit einem ringförmigen Äußenpol 17 verbunden ist. "Im Gegensatz zu den Ausführungen nach Fig. 1 und 2, die beide jeweils mit Erregerwicklungen herkömmlicher Bauart ausgestattet sind, ist die Erregerwicklung in diesem Fall neuerungsgemäß aus zwei Wicklungsabschnitten 18 und 19 zusammengesetzt. Dabei hat der Wicklungsabschnitt 19 einen herkömmlichen Aufbau und besteht aus nicht-ferromagnetischem Material, wie Aluminium oder Kupferdraht. Der zweite, mit dem Wicklungsabschnitt- 19 zusammen die Erregerwicklung bildende Wicklungsabschnitt 18 besteht aus Draht, Band oder einem anderen längsgestreckten Werkstoff mit ferro- : magnetischen Eigenschaften, wie Stahl oder Eisen, Kobalt bzw. Nickel, wobei Eisen infolge seiner verhältnismäßig guten elektrischen Leitfähigkeit und wegen seines geringen Preises einen bevorzugten Werkstoff- darstellt. Bei der Ausführung nach Fig. 3 umgibt der spulenförmige Wicklungsabschnitt 18 den Pol 15 konzentrisch. An das untere Ende des Mittelpoles 15 ist eine Polplatte 15a angeschlossen, deren Außendurchmesser etwa dem Außendurchmesser des ferromagnetischen Wicklungsabschnittes entspricht, so daß die Unterseite des Wicklungsabschnittes 18 durch die Polplatte 15a abgedeckt ist. Der nicht-ferromagnetische Wicklungsabschnitt 19 umgibt den ferromagnetischen Wicklungsabschnitt 18 ebenfalls konzentrisch.electric lifting magnets occur, will be shown below with reference to Figures 3 and 4, such as these; problems of known magnets according to FIGS. 1 and 2 according to the innovation in any case, largely eliminated. The again cup-shaped lifting magnet according to FIG. 3 has a Center pole 15, which is connected via a circular disk-shaped magnetic yoke 16 is connected to an annular outer pole 17. "In contrast to the embodiments according to FIGS. 1 and 2, both of which are each equipped with excitation windings of conventional design the excitation winding in this case is composed of two winding sections 18 and 19 according to the innovation. The Winding section 19 is of conventional construction and is made of non-ferromagnetic material such as aluminum or copper wire. The second winding section 18, which together with the winding section 19 forms the excitation winding, consists of wire, Tape or another elongated material with ferromagnetic properties, such as steel or iron, cobalt or Nickel, with iron as one because of its relatively good electrical conductivity and because of its low price preferred material represents. In the embodiment according to FIG. 3, the coil-shaped winding section 18 surrounds the pole 15 concentrically. At the lower end of the center pole 15 is a pole plate 15a connected, the outer diameter of which corresponds approximately to the outer diameter of the ferromagnetic winding section, so that the underside of the winding section 18 is covered by the pole plate 15a. The non-ferromagnetic winding section 19 also surrounds the ferromagnetic winding section 18 concentric.
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Bei Erregung der Wicklungsabschnitte. 18 und 19, die vorzugsweise, elektrisch in Reihe geschaltet und einander so zugeordnet sind, daß die von ihnen erzeugten magnetischen Felder einander unterstützen, kann eine Last 20 angezogen werden, und in dem zwischen den Polen 15 und 17 liegenden Bereich entsteht ein Magnetfeld, wie es mit den Feldlinien im linken Teil der Fig. 3 schematisch angedeutet ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der Abstand zwischen den Polen 15 und 17 (bzw. zwischen der Polplatte 15a und dem Außenpol 17) im wesentlichen derselbe wie in Fig. 2, d.h., der Luftspalt zwischen Außen- und Mittelpol ist wesentlich kleiner als der entsprechende Luftspalt in Fig. 1. Im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 2 müssen die die Polplatte 15a durchsetzenden magnetischen Feldlinien jedoch nicht durch einen nicht-ferromagnetischen Bereich hindurchgehen wie die Feldlinien der Fig. 2, sondern finden infolge der Lage des ferromagnetischen Wicklungsabschnittes IS im Verhältnis zu dem Mittelpol 15 in dem ferromagnetischen Wicklungsabschnitt 18 einen zusätzlichen magnetischen Pfad. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Neuerung sind daher die Normalkomponenten der magnetischen Induktion in der Polplatte 15a viel größer als in der Polplatte 9a und der Polfläche 12, wobei außerdem die Werte der Normalkomponenten über die radiale Breite der Polplatte 15a weitgehend konstant bleiben, so daß der Wirkungsgrad des Elektromagneten nach der vorliegenden Neuerung tatsächlich eine starke Erhöhung erfährt.When the winding sections are excited. 18 and 19, which are preferably are electrically connected in series and assigned to each other in such a way that that the magnetic fields generated by them support each other, a load 20 can be attracted, and in the between the area lying around the poles 15 and 17, a magnetic field is created, as is shown schematically with the field lines in the left part of FIG is indicated. As can be seen from Fig. 3, the distance between the poles 15 and 17 (or between the pole plate 15a and the outer pole 17) essentially the same as in Fig. 2, i.e. the air gap between the outer and central poles is substantial smaller than the corresponding air gap in FIG. 1. In contrast to the embodiment according to FIG. 2, the pole plate 15a However, penetrating magnetic field lines do not pass through a non-ferromagnetic area like the field lines 2, but find due to the position of the ferromagnetic winding section IS in relation to the center pole 15 in the ferromagnetic winding section 18 an additional magnetic path. In this preferred embodiment according to As a result of the innovation, the normal components of the magnetic induction in the pole plate 15a are much larger than in the pole plate 9a and the pole face 12, with the values of the normal components remain largely constant over the radial width of the pole plate 15a, so that the efficiency of the electromagnet according to the present innovation actually a strong increase learns.
Die äußere, dem Wicklungsabschnitt 19 zugewandte Mantelfläche des Wieklungsabschnittes 18 kann einen etwa kegelförmigenThe outer circumferential surface of the rocking section 18 facing the winding section 19 can be approximately conical
Verlauf haben, um einen gewissen Ausgleich, dafür zu schaffen, daß in dem Eckbereich des Mittelpoles 15 und des Magnetjoch.es der Streufluß verhältnismäßig stark ausgeprägt ist. Das ferromagnetische Gehäuse kann aus Dynamo-Stahlguß oder einem anderen geeigneten Werkstoff, wie er beim Bau von elektrischen Lasthebemagneten üblich ist, bestehen.Have a course to create a certain balance for it, that in the corner area of the central pole 15 and the Magnetjoch.es the leakage flux is relatively strong. The ferromagnetic Housing can be made of dynamo cast steel or another suitable material, such as is used in the construction of electrical lifting magnets is common to exist.
Mit Fig. 4 ist die linke Hälfte eines Schnittes durch ein anderes Äusführungsbeispiel nach der vorliegenden Neuerung wiedergegeben, das teilweise einen ähnlichen Aufbau wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 hat und demgemäß ein ferromagnetisches Gehäuse mit einem zylindrischen Mittelpol 21 sowie einem ringförmigen Außenpol 23 besitzt. Beide Pole sind wieder durch ein gemeinsames, vorzugsweise kreisförmiges Magnetjoch 22 miteinander verbunden. Die Pole 21 und 23 gehen in diesem Fall beide an ihren unteren Enden in Polplatten 21a bzw. 23a über, die aufeinanderzu gerichtet sind und jeweils über den Außendurchraesser des Mittelpoles 21 bzw. den Innendurchmesser des Außenpoles 23 hinausragen. Bei diesem Äusführungsbeispiel sind drei verschiedene ferromagnetische Wicklungsabschnitte 24, 25 und 26 vorgesehen, die sich längs der Innenwandung erstrecken und dabei jeweils unmittelbar an flußführende Bereiche des ferromagnetischen Gehäuses angrenzen. Dadurch erfolgt eine Verstärkung und Vergrößerung des Querschnittes dieser Teile des ferromagnetischen Gehäuses, ohne daß deswegen eine nennenswerte Verringerung der Ampdrewindungen einträte, ohne daß es aber auch etwa zu einer magnetischen .Überbrückung der Pole 21, 23 käme, was naturgemäß zu einer magnetischenFIG. 4 shows the left half of a section through another embodiment according to the present innovation, which partly has a similar structure to the embodiment of FIG. 3 and accordingly has a ferromagnetic housing a cylindrical center pole 21 and an annular outer pole 23 owns. Both poles are again connected to one another by a common, preferably circular magnet yoke 22. In this case, the poles 21 and 23 both merge at their lower ends into pole plates 21a and 23a, which are directed towards one another are and are each over the outer diameter of the center pole 21 or the inner diameter of the outer pole 23 protrude. In this example there are three different ferromagnetic ones Winding sections 24, 25 and 26 are provided, which extend along the inner wall and each directly adjoin flux-guiding areas of the ferromagnetic housing. This results in a reinforcement and enlargement of the cross-section these parts of the ferromagnetic housing, without any significant reduction in the ampere turns, but without there being any magnetic bridging of poles 21, 23 would come, which naturally results in a magnetic
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Kurzschließung und damit zu einer Herabsetzung der Leistungsfähigkeit des Magneten führen würde.Short-circuiting and thus a reduction in performance of the magnet would lead.
Der Außendurchmesser der Polplatte 21a entspricht im wesentlichen dem Außendurchmesser des ferromagnetischen Wicklungsabschnittes 24, und in ähnlicher Weise ist auch der Innendurchmesser der Polplatte 23a nur wenig größer als der Innendurchmesser des ferromagnetischen Wicklungsabschnittes 26. Der verbleibende Wicklungsabschnitt 27 der Erregerwicklung besteht in herkömmlicher Weise aus Aluminium- oder Kupferdraht bzw. einem ähnlichen geeigneten Material, das jedoch keine ferromagnetischen Eigenschaften besitzt. Der durch diesen Wicklungsaufbau erzielte Effekt entspricht grundsätzlich demjenigen der Fig. 3, d.h., es werden verhältnismäßig große aktive magnetische Polflächen erhalten, und es wird außerdem sichergestellt, daß die in den ferromagnetischen Polflächen erzeugten Normalkomponenten der Induktion gegenüber den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 eine erhebliche Steigerung erfahren. Mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ergibt sich damit ein sehr hohes Verhältnis von Zugkraft zu Eigengewicht des Lasthebemagneten.The outside diameter of the pole plate 21a corresponds essentially to the outside diameter of the ferromagnetic winding section 24, and similarly, the inner diameter of the pole plate 23a is only slightly larger than the inner diameter of the ferromagnetic one Winding section 26. The remaining winding section 27 of the excitation winding is conventional made of aluminum or copper wire or a similar suitable material which, however, has no ferromagnetic properties. The effect achieved by this winding structure basically corresponds to that of Fig. 3, i.e. it becomes proportionate large active magnetic pole faces are obtained, and it will be moreover ensures that the normal components of induction generated in the ferromagnetic pole faces compared to the versions according to Fig. 1 and 2 experience a significant increase. With the embodiment of FIG. 4 there is thus a very high one Ratio of tensile force to dead weight of the lifting magnet.
Mit Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsmöglichkeit der Neuerung veranschaulicht, bei der das ferromagnetische Gehäuse U-förmig ausgebildet ist, dessen Jochabschnitt zunächst von einem ferromagnetischen Wicklungsabschnitt 29 umgeben ist, dessen Außenseite dann ein nicht-ferromagnetischer Wicklungsabschnitt 30 umschließt. Dadurch, daß der ferromagnetische Wicklungsabschnitt 29 den Jochabschnitt des -Kerns-'28 unmittelbar/ \5 illustrates a modified embodiment of the innovation, in which the ferromagnetic housing is U-shaped, the yoke section of which is initially surrounded by a ferromagnetic winding section 29, the outside of which then encloses a non-ferromagnetic winding section 30. Characterized in that the ferromagnetic yoke portion of the winding portion 29 of the core as-'28 directly / \
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umgibt, wird der magnetische Querschnitt dieses Jochabschnittes verstärkt. Trotz dieser Vergrößerung des magnetischen Querschnitts tritt keine Verkleinerung des zur Aufnahme der Erregerwicklung benötigten Raumes zwischen den beiden seitlichen Schenkeln des Kernes 28 ein.surrounds, the magnetic cross section of this yoke section is reinforced. Despite this enlargement of the magnetic cross section there is no reduction in the space required to accommodate the field winding between the two side legs of the Core 28 a.
Fig. 6 gibt eine besonders vorteilhafte Möglichkeit einer ferromagnetischen Wicklung wieder, wie sie etwa in Fig. 4 verwendet wird. Ein Streifen oder Band aus elektrisch leitendem, ferromagnetischem Werkstoff ist in einzelnen Lagen 31 gewickelt, so daß eine etwa zylinderförmige Spule entsteht. Zwischen den einzelnen Lagen 31 des streifenförmigen ferromagnetischen Materials verläuft eine Isolierschicht 32, 33, um die Lagen 31 des ferromagnetischen Wicklungsabschnittes 26 elektrisch voneinander zu trennen. Diese Isolierschicht 32, 33 kann durchweg aus elektrischem Isolierwerkstoff bestehen. Statt dessen kann die Isolierschicht aber auch aus einer inneren Lage 32 aus elektrisch leitendem Material und aus einer die innere Lage 32 mindestens im Verhältnis zu angrenzenden Windungen 31 aus ferromagnetischem Material abdeckenden äußeren Lage 33 aus elektrisch isolierendem Material zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann die leitende innere Lage 32 Aluminiumfolie mit einer Dicke von etwa 20 xl sein, während die äußere isolierende Lage 33- eine elektrolytisch aufgebrachte Aluminiumoxidschicht mit einer Stärke von etwa 5yU ist. Eine solche Osidisolation ist in starkem Maße hitzebeständig und gleichzeitig in der Lage, elektrischen Spannungen in ausreichendem Maße zu widerstehen, um benachbarte Windungen 31 untereinanderFIG. 6 shows a particularly advantageous possibility of a ferromagnetic winding, as is used, for example, in FIG. 4. A strip or band of electrically conductive, ferromagnetic material is wound in individual layers 31, so that an approximately cylindrical coil is formed. An insulating layer 32, 33 runs between the individual layers 31 of the strip-shaped ferromagnetic material in order to electrically separate the layers 31 of the ferromagnetic winding section 26 from one another. This insulating layer 32, 33 can consist entirely of electrical insulating material. Instead, the insulating layer can also be composed of an inner layer 32 made of electrically conductive material and an outer layer 33 made of electrically insulating material covering the inner layer 32 at least in relation to adjacent turns 31 made of ferromagnetic material. For example, the conductive inner layer 32 can be aluminum foil with a thickness of about 20 xl , while the outer insulating layer 33- is an electrolytically deposited aluminum oxide layer with a thickness of about 5yU. Such an outer insulation is to a great extent heat-resistant and at the same time is able to withstand electrical voltages to a sufficient extent in order to surround adjacent turns 31 with one another
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sowie auch gegen die aus elektrisch leitendem Material bestehende Lage 32 zu isolieren. Wenn die Lage 32 aus elektrisch leitendem Material besteht, kann sie mit den Lagen 31 parallelgeschaltet werden, um den resultierenden elektrischen Widerstand des ferromagnetischen Wicklungsabschnittes 26 herabzusetzen.and also to insulate against the layer 32 made of electrically conductive material. If the layer 32 is made of electrically conductive Material, it can be connected in parallel with the layers 31 to reduce the resulting electrical resistance of the ferromagnetic Reduce winding section 26.
Durch die Aufteilung der Erregerwicklung in mindestens einen ferromagnetischen sowie einen nicht-ferromagnetischen Wicklungsabschnitt wird der weitere Vorteil erzielt, daß sich die Erregerwicklung dadurch auch gegen Zerstörung durch Überspannungen schützen läßt, wie sie beispielsweise auftreten, wenn der durch die Erregerwicklung fließende Strom plötzlich unterbrochen wird, so daß sich Spannungsspitzen mit beachtlichen Amplituden ergeben. Es ist zwar bekannt, Erregerwicklungen von Elektromagneten besondere Schutzvorrichtungen zuzuordnen, um die Erregerwicklungen gegen Zerstörung durch .Überspannungen zu schützen, jedoch bleiben diese bekannten Schutzvorrichtungen in jedem Fall wirkungslos, wenn eine Unterbrechung des Zuführungskabels eintritt. Neuerungsgemäß ist es dagegen möglich, die ferromagnetische Wicklung ohne Inanspruchnahme des Zuführungskabels mittels eines Schaltelementes zu überbrücken, dessen Widerstandswert von der an dem ferromagnetischen Wicklungsabschnitt anstehenden Spannung abhängt und mit steigender Spannung fällt.By dividing the excitation winding into at least one ferromagnetic and a non-ferromagnetic winding section, the further advantage is achieved that the excitation winding thereby can also protect against destruction by overvoltages, as they occur, for example, when the through the current flowing in the field winding is suddenly interrupted, so that voltage peaks with considerable amplitudes result. Although it is known, excitation windings of electromagnets assign special protective devices to the excitation windings to protect against destruction by .overvoltages, however These known protective devices remain ineffective in any case if the supply cable is interrupted. According to the innovation, however, it is possible to use the ferromagnetic winding without using the supply cable To bridge switching element, whose resistance value of the the voltage applied to the ferromagnetic winding section depends on and decreases with increasing voltage.
Fig. 7 zeigt eine solche Schaltung. Die Wicklung 34 entspricht dabei dem nicht-ferromagnetischen Anteil der Erregerwicklung.Fig. 7 shows such a circuit. The winding 34 corresponds the non-ferromagnetic part of the excitation winding.
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während die Wicklung 35 dem ferromagnetischen-Wicklungsabschnitt entspricht. Im Betrieb sind beide Wicklungen über elektrische Schalter 37, 38 an eine geeignete Gleichspannungsquelle angeschlossen. Parallel zu der dem ferromagnetischen Wicklungsabschnitt entsprechenden Wicklung 35 ist ein Schaltelement 36 geschaltet, dessen Widerstand groß ist, wenn die Potentialdifferenz zwischen den beiden Enden der Wicklung 35 den Nennwert hat, der jedoch auf einen Anstieg der vorerwähnten Potentialdifferenz mit einem starken Abfall reagiert. Dieses spannungsabhängige Schaltelement kann ein Varistor oder eine andere Anordnung mit ähnlichen Eigenschaften sein.while the winding 35 is the ferromagnetic winding section is equivalent to. During operation, both windings are connected to a suitable DC voltage source via electrical switches 37, 38. Parallel to that of the ferromagnetic winding section corresponding winding 35, a switching element 36 is connected, the resistance of which is high when the potential difference between the two ends of the winding 35 has the nominal value that however, reacts to an increase in the aforementioned potential difference with a large decrease. This voltage-dependent switching element can be a varistor or some other arrangement with similar properties.
Bei dem Schaltungsaufbau nach Fig. 7 tritt bei Öffnung des Schalters 37 durch das spannungsabhängige Element eine Dämpfung von Überspannungen ein, die an den Enden der Wicklung 35 infolge der aufgetretenen Stromunterbrechung erscheinen.. Wird anschliessend auch der Schalter 38 geöffnet, so wird auch der Strom durch die V/lcklung 34 unterbrochen, was normalerweise ebenfalls zu Überspannungen führt. Infolge der neuerungsgemäßen Ausgestaltung der Erregerwicklung ist die Wicklung 34 jedoch eng mit der Wicklung 35 gekoppelt, die weiterhin von dem spannungsabhängigen Schaltelement 36 überbrückt wird und infolge ihrer engen magnetischen Kopplung dämpfend auf die Wicklung 34 wirkt. In the circuit structure according to FIG. 7, when the switch 37 is opened, the voltage-dependent element causes attenuation of overvoltages that appear at the ends of the winding 35 as a result of the current interruption that has occurred the switch 38 is also open, so the current is also through the leakage 34 interrupted, which normally also occurs Overvoltages. As a result of the innovation according to the design of the excitation winding, however, the winding 34 is closely related to the Winding 35 coupled, which continues to depend on the voltage Switching element 36 is bridged and has a damping effect on winding 34 due to its close magnetic coupling.
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