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Solenoidmagnet mit schwebendem Kern und magnetischem Rückschluß zur
Steuerung von Reglern Die Erfindung betrifft Solenoidmagnete mit schwebendem Kern,
wie solche zur Steuerung von Reglern gebräuchlich sind. Bekannte derartige Magnete
besitzen einen glatten zylindrischen Eisenkern, der in die Solenoidspule hineinragt
und in dieser durch die auf ihn. ausgeübten magnetischer Kräfte schwebend gehalten
wird. Der glatte Eisenkern stellt bei dieser Ausführung den einzigen Eisenteil in
dem magnetischen Kreis dar.
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An diese Magnete wird: häufig--bei astatischen Reglern-die Bedingung
gestellt, daß ihre Zugkraft bei einer bestimmten, an die Spule gelegten Spannung,
welche konstant sein soll, mit ihrem Eigengewicht für einen gewissen Weg des Kernes
in der Spule im Gleichgewicht ist. Man fordert jedoch auch bisweilen, daß die Zugkraft
des Magnetsystems mit dem Eigengewicht des Kernes und einer zusätzlichen Federkraft
auf einem längeren Weg des Kernes innerhalb der Spule im Gleichgewicht ist.
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Die erste Forderung wird durch Arbeiten im Zugkraftmaximum, die zweite
Forderung durch Arbeiten auf dem labilen Teil der Zugkraftkurve erfüllt. In der
Zeichnung zeigt Fig. i ein solches bisher gebräuchliches Magnetsystem und seine
Zugkraftkurve. Die Zugkraft K ist über dem Kernweg s aufgetragen. Diese Kurve hat
für viele Zwecke erhebliche Nachteile. Bei der ersten Forderung (Arbeiten im Zugkraftmaximum)
hat man nur einen geringen Weg zur Verfügung, auf dem die Zugkraft genügend konstant
bleibt. Er ist in der Figur mit a, b gekennzeichnet. Die zweite Forderung
(Arbeiten auf dem labilen Teil) läßt sich zwar auf einem längeren Weg ,des Kernes
erfüllen, und zwar durch Arbeiten auf .dem geradlinigen Ast c, d des labilen Teils
der Kurve. Man erreicht jedoch hierbei nur geringe Zugkräfte, so daß das Verhältnis
von unvermeidlicher Lagerreibung .des Relais zur Zugkraft zu schlecht wird und somit
eine empfindliche Regelung nicht möglich ist. Ein weiterer Nachteil ist das weite
Herausragen des Kerns, so daß die Baulänge des Relais dadurch verhältnismäßig lang
wird.
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Es sind auch Sol:enoidrnagnete mit magnetischen Rückschlüssen für
die Kraftlinien bekannt. Bei .diesen Solenoidmagneten wurden jedoch immer in die
Höhlung des Solenoides hineinragende oder mindestens über den Rand der Solenoidhöhlung
vorstehende magnetische Rückschlüsse angewendet, um eine Verstärkung der Anzugskraft
und insbesondere ein rasches Ansteigender Zugkraft im Endhub zu erzielen. Mit derartigen
magnetischen Rückschlüssen erzielt man keine konstant verlaufenden oder flach ansteigenden
Zugkräfte während des Endhubes, welche ein Kräftegleichgewicht auf einem längeren
Hubweg ermöglichen,
--wie es -für Präzisionsregler er-. forderlich
ist.-Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt, -daß ein in die
Höhlung des Solenoids nicht hineinragender magnetiseher Rückschluß zur Anwendung
gelangt, welcher auf derjenigen Stirnseite des Solenolds angeordnet ist, durch welche
der Solenoidkern nicht hindurchgeht, und der eine Bohrung besitzt, deren Durchmesser
größer- als der Kerndurchmesser ist. Man erhält durch diese Anordnung eine hohe,
auf langem Regelweg praktisch geradlinig verlaufende Zugkraft. Durch die Vergrößerung
der Zugkraft und ihren geradlinigen Verlauf ist eine empfindliehe Regelung und ein
langer Regelweg gesichert. Außerdem wird die Baulänge eines Relais .dieser Ausführung
sehr klein, da der geradlinige Verlauf der Zugkraft in den Endhub verlegt wird.
Man kann mit dieser Anordnung sowohl eine während des @ Endhubes konstant verlaufende
als auch eine im Endhub, ansteigende Zugkraftkurve erreichen, so daß man also einen
derartigen Solenoidmagneten sowohl ohne wie auch mit Gegenfeder verwenden kann.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist es, daß sich der labile Teil der Kurve-genügend
flach ansteigend gestalten läßt, so daß man nicht zu steile Gegenfedern benötigt.
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Von besonderer Bedeutung ist die zentrische Bohrdng in dem Eisenrückschluß.
Man kann durch Veränderung ihrer Größe die Zugkraftkurve weitgehend .den Forderungen
anpassen, die hinsichtlich der Steigung der Zugkraftkurve und der Länge des konstanten
Teils gestellt werden. Ferner kann man den Kern an seinem unteren Ende mit einer
eisernen, den Außenluftweg der Kraftlinien verkürzenden Schlußplatte versehen. Um
einen ansteigenden labilen. Endteil der Zugkraftkurve zu erhalten, versieht man
zweclunäßigerweise den an der Spulenstirnseite angebrachten Eisenrückschluß mit
lappenartigen Fortsätzen, ,die seitlich der Spule gegen das andere Spulenende zu
herabgebogen werden.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele -der Erfindung dargestellt.
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In Fig. 2 ist io die Solenoidspule und ii der zylindrische Solenoidkern,
an dessen unterem Ende die eiserne Schlußplatte 12 angebracht ist. An der oberen
Spulenstirnfläche ist die mit der zentrischen Bohrung 14 versehene Eisenscheibe
13 angebracht, welche als Rückschluß für die magnetischen Kraftlinien dient. Über
dem Weg s des Magnetkerns i i ist in einer Schaukurve der Verlauf der Zugkraft 11.
dargestellt. Wie aus einem Vergleich mit der Zugkraftkurve (Fig. i) ersichtlich
ist, wurde durch die Anordnung des Eisenrückschlusses 13 die Zugkraft im Endhub
des Kerns, d. i. von -der Stelle des Zugkraftmaximums m nach oben, vergrößert. Dieser
Zuwachs an Zugkraft erklärt sich daraus, daß mit Anwendung .des Eisenrückschlusses
13 die magnetische Energie beim Endhub des Ankers in stärkerem Maße abnimmt als
ohne den Rückschluß. Durch entsprechende Wahl des Verhältnisses vom Durchmesser
der Bohrung 1q. im Eisenrückschluß zum .Ankerdurchmesser ist dafür gesorgt, .daß
diese stärkere Abnahme der magnetischen Energie in denjenigen Grenzen bleibt;-die
einen konstanten Verlauf der Zugkraft im Endhub gewährleisten.
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Nach Fig. 3 ist der Eisenrückschluß 15 mit seitlichen Lappen 16, z7
versehen, die nach der unteren Spulenfläche zu seitlich der Spule herabgebogen sind,
und zwar so weit, daß sie mit der Richtung der Spulenachse einen spitzen Winkel
18 einschließen oder parallel zur Spulenachse verlaufen. Durch diese Anordnung ist,
wie aus der darunter gezeichneten Schaulinie ersichtlich, eine im Endhub entsprechend
schwach ansteigende Zugkraftkurve erreicht. Die Zugkraft wird dabei am Ende des
Kernhubes um so steiler ansteigen, je mehr die Lappen i6, 17 nach der eisernen Schlußplatte
ig. des Kerns zu heruntergebogen werden oder je länger sie sind, weil die magnetische
Energie im letzten Teil des Hubes um so mehr in mechanische Energie umgesetzt wird,
je stärker sich der Luftspalt im letzten Teil des Hubes ändert.