DE2628190A1 - Elektromagnet - Google Patents

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Sperry Rand Corporation
Crooks and Maple Roads
Troy, Michigan 48084, U.S.A.

Elektromagnet

Elektromagnete mit "feuchtem¹¹ Anker werden vielfach als Betätigungsglieder von Ventilen benutzt, und zwar wegen der Möglichkeit, ein längsverschiebliches Ventilglied zu betätigen, ohne daß eine Gleitführung zwischen dem verschiebbaren Glied (Ventilschieber) und dem Ventilgehäuse oder dem Magnetgehäuse erforderlich ist. Dieser Vorteil wird bei bisherigen Ventilen jedoch auf Kosten eines niedrigen Wirkungsgrades erzielt, was zu hohen Wärmeverlusten führt. Wenn die Spule nicht eingekapselt ist, musste bisher ein schlechter mechanischer Schutz in Kauf genommen werden. Die Einkapselung ist aber unerwünscht, da sie bei der Wärmeabfuhr stört und außerdem dazu führt, daß die Spule nicht gegen eine andere mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften ausgetauscht werden kann, außer daß die gesamte Kapseleinheit, welche die äußere magnetische Struktur mit enthält, ersetzt wird. Dies macht es für Hersteller und Verteiler erforderlich, teure Einheiten auf Lager zu halten, dsmit den Anforderungen der Wirtschaft für die ganze

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Münaien: K.-anijr · Dr. Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergan · Zwirner

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Vielfalt von Spulenspezifikationen Genüge getan werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromagneten der oberbegrifflichen Art so auszugestalten, daß ein hoher Wirkungsgrad trotz der geschilderten Schwierigkeiten erzielt wird.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruches gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Bei dem neuen Elektromagneten dient die äußere magnetische ■ Struktur als Gehäuse zum Einschließen der Spule, und dieses Gehäuse ist so ausgestaltet, daß der Betriebswirkungsgrad durch Herabsetzung der Wirbelströme erhöht ist.

Bei der Erfindung wird ferner der Vorteil erzielt, daß die Spule vollständig gegen mechanische Beschädigung und Schädigungen durch Staub, Öl usw. geschützt ist, ohne daß eine Einkapselung erfolgt.

Bei dem neuen Elektromagneten wird ferner den Anforderungen gemäß U.S. Occupational Safety and Health Act bezüglich der Zerstreuung von Gas infolge Durchschmelzen der Isolierung Genüge getan.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Elektromagneten gemäß bevorzugter Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Endansicht des Ankers des Elektromagneten,

Fig. 3 einen Schnitt in der Nähe des Endes des Polstückes des Elektromagneten, und

Fig. 4 eine Ansicht von links auf den Elektromagneten der Fig. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist zur Beherbergung eines zentralen Kerns ein Rohr 10 auf, welches starr und dicht in einem Ventilgehäuse 12 befestigt ist. Das zugehörige Ventil weist einen von dem Elektromagneten zu betätigenden Ventilschieber 14 auf. Das Kernrohr 10 besteht aus drei rohrförmigen Abschnitten 16, 18 und 20, die beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißung miteinander verschweißt sind. Der mittlere Abschnitt 1-6 besteht vorzugsweise aus nicht magnetischem, rostfreiem Stahl und die Endabschnitte 18 und 20 aus magnetischem, nicht rostendem Stahl. In der Zeichnung am linken Ende des Kernrohres 10 ist ein Endverschluß 22 aus nicht magnetischem, rostfreiem Stahl angeschweißt, der einen verschiebbaren Kolben 24 zur manuellen Betätigung des Ventils im Falle von Leistungsausfall oder Fehlfunktion beherbergt. Das Kernrohr 10 zusammen mit dem Endverschluß 22 und dem Kolben 24 können als eine

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Fortsetzung des Ventilgehäuses 12 bezüglich der Punktion des Einschließens aller inneren Flüssigkeitskanäle in flüssigkeit sdichten Wandungen betrachtet werden, so daß die Notv/endigkeit für Gleitdichtungen zwischen den aktiven ortsfesten und beweglichen Teilen der zusammengesetzten Vorrichtung in der normalen Operation entfällt.

Innerhalb des Kernrohres 10 wird vor der Montage an das
Ventilgehäuse 12 ein Polstück 26 fest eingefügt, welches eine mittige Bohrung 28 aufweist, in der ein Stößelstift 30 aufgenommen wird, der an dem Ende des Ventilschiebers 14 anliegt. Die Bohrung 28 weist an dem einen Ende eine Verbreiterung unter Bildung von Schultern auf, und eine zentrierende Feder 32 und ein Anschlagsring 34 sitzen in diesem vergrößerten Teil der Bohrung. Ein Polschattierungsring 36 (pole
shading ring) ist am linken Ende des Polstückes 26 vorgesehen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist ferner ein radialer Schlitz 38 vorgesehen, der zur Verringerung der Bildung von Wirbelströmen dient. Im linken Ende des Kernrohres 10 sitzt ein
zylindrischer Anker 40 in Gleitführung, und zwar in Anlage an den Stößelstift 30. Der Anker kann Schlitze 42 aufweisen, welche den leichten Durchtritt von Flüssigkeit zwischen den offenen Räumen in dem Rohr und den Enden des Ankers ermöglichen.

Auf der Außenseite des Kernrohres 10 sitzt ein Spulenhalter

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44, auf welchem eine Erregungsspule 46 aufgewickelt ist. Die Spule 46 wird von zwei Deckelhälften 48 umschlossen, die zusammen eine tonnenförmige Gestalt aufweisen, flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind und gleichzeitig über zwei nichtmetallische kompressible Dichtungen 50 elektrisch voneinander isoliert sind, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Die Wände der Dekkelhälften 48 sind wesentlich dicker, als für den mechanischen Einschluß und Schutz benötigt, und bestehen aus einem hochpermeablen Material. Vorzugsweise bestehen die Wände aus gesindertem Metallpulver und sind so dimensioniert, daß sie einen Flußweg von vergleicherbarer magnetischer Reluktanz zu den Polstücken 26 und dem Anker 40 aufweisen.

Die Deckelhälften 48 weisen an beiden axialen Enden Konusflächen 52 und 54 auf, die mit entsprechenden Innenkonusflächen eines Flansches 56 bzw. einer Endkappe 58 eingreifen, wodurch die beiden Deckelhälften 48 gegen die Dichtung 50 gepresst werden, wenn die Endkappe 58 nach rechts in Fig. 1 gedrückt wird und durch Anziehen einer Schraube 60 am Endverschlußstück 22 gehalten wird. Eine oder beide Deckelhälften 48 können mit passenden Durchführungen für die Leiter zu den Klemmen der Spule 46 versehen sein.

Wenn die Spule 46 mit dem richtigen Strom erregt wird, muß der magnetische Fluß durch die Polstücke, den Anker und die

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Deckelhälften den Luftspalt zwischen dem Anker und den Polstücken durchsetzen und so eine starke Kraft erzeugen, welche den Anker nach rechts zu ziehen versucht, wodurch der Stößelstift 30 den Ventil schieb er 14 gegen die Kraft einer der Feder 32 entsprechenden Feder zu verschieben versucht, die am entgegengesetzten, nicht dargestellten Ende des Ventils untergebracht ist. Wenn der Strom durch die Spule unterbrochen wird, führt die Feder die Teile in die Lage nach Fig. 1 zurück. Ein ähnlicher Magnet am anderen Ende des Ventils kann den Ventilschieber 14, den Stößel 30 und den Anker 40 nach links gegen die Kraft der zentrierenden Feder 32 verschieben.

Durch die Verwendung der dickwandigen, elektrisch voneinander isolierten Deckelhälften wird nicht nur ein niedriger magnetischer Widerstand für den Gesamtflußweg erzielt, es wird auch der Weg der konzentrischen Wirbelströme an der Dichtung 50 unterbrochen, wenn der Magnet mit Wechselstrom betrieben wird. Für den Gleichstrombetrieb führt die Dichtung 50 zu einer Verringerung der Hysterese. Diese Umstände führen zu einem hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Spulenerregungsstrom in mechanischem Zug bei dem Anker und so zu geringerer Wärmeerzeugung durch Leistungsverlust.

Bei der geschilderten Ausbildung wird ferner die Notwendigkeit der Einkapselung vermieden, da die Spule gegen schädliche Substanzen völlig mechanisch und hermetisch eingeschlossen ist.

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Indem mehr Raum innerhalb der Deckelhälften vorhanden ist, als die Spule tatsächlich einnimmt, können Gase aufgenommen werden, die durch Überhitzung des Isolationsmaterials im Falle eines Durchbrennens der Spule entstehen. Auf diese Weise können die Sicherheitsanforderungen des US Occupational Safety and Health Act erfüllt werden.

Veil das Gehäuse der Spule gänzlich eine mechanische Vorrichtung darstellt, ist es eine einfache Sache, die Spule zu entfernen und zu ersetzen, da sie nicht permanent an einem anderen Vorrichtungsteil befestigt ist, wie dies bei anderen Konstruktionen der Fall ist, wo die Spule zusammen mit dem äußeren Spulengehäuse eingekapselt ist. Daher brauchen Hersteller und Verbraucher, die sonst eine große Vielfalt von Spulen in einem speziellen elektrischen Bereich auf Lager halten müssen, nur noch die Spulen selbst und nicht mehr die teureren und größer bauenden eingekapselten Spulen mit Gehäuse auf Lager zu halten.

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Claims (5)

1. BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

   PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

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   Patentansprüche

   Elektromagnet,

   gekennzeichnet durch folgende Kombination:

   ein Rohr (10) mit einem offenen und einem geschlossenen Ende ist zur Aufnahme eines Polstückes (26) vorgesehen, welches einen zentralen Kanal (28) aufweist und in dem offenen Ende befestigt ist, wobei ein Stößelstift (30) in dem zentralen Kanal beherbergt wird; in dem Rohr (10) sitzt ein Anker (40) im Gleitsitz und kann sich zu und von dem Polstück (26) als Zugelement und dem Stößelstift {30) bewegen;

   eine erregbare Spule (46) umgibt das Rohr (10); ein magnetisch permeables Gehäuse (48), welches die Spule und das Rohr umgibt, besteht aus mehreren Abschnitten, die nur einen geringen Abstand voneinander aufweisen und in Umfangsrichtung um das Rohr und die Spule angeordnet sind, sowie eine gesamte magnetische Reluktanz aufweisen, die im wesentlichen den gleichen Viert wie die Reluktanz

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   der Polstücke aufweisen;

   eine Befestigungseinrichtung (52, 54, 56, 58, 60) sichert die Abschnitte (48) in ihrer Lage um das Rohr (10) und die Spule (46).
2. 2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) einen mittleren Teil (16) aus nicht magnetischem Material und Endteile (18, 20) aus magnetischem Material aufweist, wobei die Teile zu einem integralen Glied miteinander verschmolzen sind.
3. 3. Elektromagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Teile (16, 18, 20) aus rostfreiem Stahl bestehen.
4. 4. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseabschnitte (48) durch Sinterung von pulverförmigem Magnetmaterial hergestellt sind.
5. 5. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse deckelartige Abschnitte (48) aufweist, welche konische Oberflächen (52, 54) an ihren Enden besitzen, und daß die Befestigungseinrichtung axial verschiebbare Glieder (56, 58) mit passenden konischen Oberflächen aufweisen, die zur Zusammenklammerung der Deckelabschnitte (48) dienen. 609853/0826

   AO

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