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Die Magnetisierung von Dauermagneten, die in gesteigertem Masse in den verschiedensten magnetischen Systemen der Stark- und Schwachstromtechnik - für wenige VA bei Messinstrumenten bis zu mehreren MVA bei Generatoren - verwendet werden, erfolgt gelegentlich direkt im betriebsmässigen magnetischenKreis selbst durch geeignete Hilfswindungen oder durch Heranziehung bereits vorhandener aktiver Wicklungen.
Während erstere einen zusätzlichen Materialaufwand darstellen und konstruktiv oft nur schwer unterzubringen sind, haben letztere infolge ihrer räumlichen Entfernung von den Dauermagneten meist eine für den Magnetisierungsvorgang schädliche grosse Streuung, so dass die Wirksamkeit der Magnetisierung in Frage gestellt bzw. das Leistungsvermögen der teuren, hochqualifizierten Dauermagnete nicht voll ausgenützt erscheint.
Man hat auch gelegentlich die Magnete mit einem Teil des Magnetsystems, z. B. das Polrad einer Synchronmaschine, ausserhalb des betriebsmässigen magnetischen Kreises (nachstehend kurz "Betriebskreis" genannt) für sich aufmagnetisiert und den Betriebskreis nachträglich durch Einschieben des ma- gnetisierten-vorerst über eine mehr oder minder grosse Luftstrecke geschlossenen - Teiles geschlossen, wobei die Dimensionierung der Dauermagnete bewusst so reichlich durchgeführt wurde, dass da Teilsystem, also z. B. das Polrad, zur Durchführung von Reparaturen ohne weiteres auch wieder für sich ausgebaut werden konnte, ohne dass eine weitere Schwächung der Magnete auftrat.
Infolge des erforderlichen hohen Aufwandes an teuerem Magnetmaterial ist dieses Verfahren auf solche Geräte beschränkt, bei denen die stete Einsatzbereitschaft gegenüber dem Preis in den Vordergrund tritt-wie es z. B. für militärische Zwecke der Fall ist-oder auf ganz kleine Geräte, bei denen der Materialpreis gegenüber den sonstigen Fertigungskosten nicht mehr stark ins Gewicht fällt (z. B. Fahrraddynamos).
Besteht das Magnetsystem aus einem einzigen Dauermagneten, so kann (vgl. z. B. die deutsche Patentschrift Nr. 903614) die Magnetisierung der Magnete innerhalb des Betriebssystems erfolgen, derart, dass auch der betriebsmässig als magnetischer Rückfluss dienende magnetische Kreis mitmagnetisiert wird und durch geeignete Hilfswindungen der im magnetischen Rückschluss verbliebenen Remanenz entgegengearbeitet wird.
Besteht jedoch das Magnetsystem aus einer grösseren Anzahl von Magneten, wie z. B. bei Synchronmaschinen, so hat sich für den meist vorliegenden Normalfall, wo die Aufmagnetisierung nicht mit unmittelbar auf die Dauermagnete aufgebrachten Hilfswindungen im magnetischen Betriebskreis selbst erfolgen kann, als wirksamstes, die guten Eigenschaften der Dauermagnete voll ausnützendes Mittel die Aufmagnetisierung einzelner oder mehrerer. Magnete dieses Systems in einem eigenen, geschlossenen magnetischen Kreis ausserhalb des Betriebskreises ergeben, da hier alle für eine gute Magnetisierung zu beachtenden Gesichtspunkte unabhängig von der konstruktiven Gestaltung des Betriebssystems eingehalten werden können, wie z. B. Grösse, Dauer und günstigste Anordnung der erforderlichen AW.
Von besonderer Wichtigkeit ist in diesen Fällen das Problem der magnetisch verlustfreien Überführung der Dauermagnete
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Kreise ist wegen der hinderlichen Magnc1. isierungswicklung schwer durchzuführen und stösst auf erhebliche konstruktive Schwierigkeiten. Eine grosse Erleichterung wird durch Anordnung eines magnetischen Zwischenkreises erzielt, der konstruktiv leicht so gestaltet werden kann, dass das Überschieben vom Magnetisierungskreis bzw. zum Betriebskreis auf einfache Weise ermöglicht wird.
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B.B= 22000 an- entsprechend einer magnetischen Spannung von etwa 1000 AW/cm-das Eisen keine weiteren Kraftlinien mehr aufzunehmen vermag und daher der schwache Induktionsanstieg nur mehr auf den
Luttquerschnitt des Materials zurückzuführen ist.
Bei den hochqualifizierten, modernen Dauermagnetwerkstoffen beträgt nun der Aufwand an magne tisierenden A W im allgemeinen ein Mehrfaches des ob genannten Sättigungswertes, so dass man sich an Stelle der Weicheisenhülse B - mit Ausnahme der Grundbelastung von etwa 20500 Kraftlinien/cm-tat- sächlich bloss Luft zu denken hat.
Während des Magnetisierungsvorganges erscheint das Weicheisen der Hülse parallel zum Dauermagnet geschaltet. Fig. 3a zeigt einen Querschnitt durch die Hülse B mit ihren parallel zum Magneten M geschalteten Seitenteilen C. Der Kraftlinienfluss schliesst sich in bekannter Weise über den in Fig. 3a nur angedeuteten Magnetisierungskreis A aus weichmagnetischem Werkstoff. Der Querschnitt dieses Kreises muss daher bloss sostarkbemessensein, dass er die Summe der im Magneten M und der Hülse fliessenden
Teilflüsse ohne grösseren AW-Verbrauch aufnehmen kann, was keinerlei Schwierigkeiten bereitet.
Die Seitenteile C parallel zum Dauermagnet erscheinen in Fig. 3a symmetrisch zum Dauermagne- ten angeordnet. Es ist selbstverständlich auch möglich, nur einen einzigen solchen Teil C mit doppeltem Querschnitt einseitig anzuordnen, so dass der Zwischenkreis nunmehr einseitig offen ist und der Dauermagnet eventuell für seitliche Verschiebungen zugänglich wird.
Wenn die Hülse B nach erfolgter Magnetisierung aus dem Magnetisierungskreis A herausgenommen wird, so ist der magnetische Kraftlinienschluss des Magneten M über die Seitenteile C der Hülse gewährleistet. Der Summenquerschnitt dieser Seitenteile muss bloss imstande sein, den Remanenzfluss des Magneten ohne wesentlichen AW-Verbrauch aufnehmen zu können. Bei hochwertigen Magneten grosser Koerzitivkraft genügt hiefür ein Bruchteil des Magnetquerschnittes, um einen dem magnetischen Zustand des Zwischenkreises entsprechenden Punkt P"oberhalb des Betriebspunktes P auf der Entmagnetisierungslinie zu erhalten.
Wie Fig. 3b zeigt, fliesst der Kraftlinienfluss in den Seitenteilen C nunmehr gerade umgekehrt wie während des Magnetisierungsvorganges. Der Zwischenkreis soll daher zur Vermeidung von Remanenzerscheinungen aus besonders weichmagnetischem Werkstoff ausgeführt werden. Während des Herausnehmens der Hülse B aus dem Magnetisierungskreis A tritt dann in diesem bloss eine geringfügige Induktion bzw. magnetischer Zug auf, so dass die Hülse nunmehr ohne Kraftanstrengung herausgenommen werden kann. Die aufzuwendende Kraft wird umso kleiner sein, je weniger Remanenz das für die magnetischen Kreise verwendete Weicheisen aufweist.
Auch kleine, meist ohnehin unvermeidliche LuftspalteimMagnetisie- rungskreis A wirken sich hiebei günstig aus, da sie dem Verbleib von Restmagnetismus in diesem Kreis entgegenwirken, ohne den zum Magnetisieren erforderlichen AW-Aufwand allzu stark zu erhöhen.
Auch Löcher oder Schlitze L in der Mitte der Seitenteile C der Hülse B können sich als sehr vorteilhaft erweisen. Für den magnetischen Kurzschluss des Magneten M nach erfolgter Magnetisierung sind solche kleine Luftspalte bzw. lokale Einschnürungen im Eisen fast bedeutungslos, da sie wegen ihrer grossen Entfernung vom Magneten eine grosse Streuung aufweisen. Während des'Magnetisierungsvorganges kommen diese Luftspalte in den Seitenteilen aber wegen ihrer zentrischen Lage zu den erregenden AW voll zur Wirkung und schwächen also das für dieDimensionierung des äusserenMagnetisierungskreises massgebliche, von der Hülse herrührende zusätzliche Feld.
Infolge der einfacheren Gestaltung der nunmehr auch zur Magnetisierung verwendeten Hülsen sind diese jetzt auch billiger herzustellen, so dass sie unter Umständen auch zur Lagerhaltung oder zum Versand fertigmagnetisierter Dauermagnete - zum Einbau an örtlich weit entfernte Magnetsysteme, bei gelegentlicher Wiederverwendung-herangezogen werden können, wodurch eine optimale Ausnützung dieser Magnete auch an Stellen gewährleistet erscheint, wo eine eigene Magnetisiervorrichtung nicht vorhanden ist.
Es ist jetzt auch ohne weiteres möglich, mehrere solche jeweils einen Dauermagneten beinhaltende Hülsen gleichzeitig zu magnetisieren, indem die Magnetisiereinrichtung entsprechend breit gehalten wird. Fig. 4 zeigt den Querschnitt einer solchen Einrichtung in beispielsweiser Darstellung zur gleichzeitigen Magnetisierung zweier Magnete. Der Magnetisierungskreis A ist hier so ausgebildet, dass die Magnetisierungswicklung nach erfolgter Magnetisierung nach unten verschoben werden kann, um das Herausnehmen der Hülsen B zu ermöglichen. Es ist aber ohne besonderen Mehraufwand auch möglich, von vornherein die Magnetisierungswicklung in 2 fixen Halbspulen ober-und unterhalb der Hülsen B anzuordnen, so dass diese ohne weiteres ein-und ausgeschoben werden können. Die Magnete M sind hier an den Polschuhen z.
B. mit Dämpferringenversehenund werden-mit ihren Hülsen so in die Magnetisiervor, - richtung eingelegt, dass abwechselnd die Polschuhe oben und unten zu liegen kommen, so dass immer
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gleichzeitig ein aus Nord- und Südpol n, s gebildetes Magnetpaar erhalten wird. Das sonst bei der Einzelmagnetisierung erforderliche Umpolen der Magnetisierungswicklung kann also entfallen. Die dadurch früher gelegentlich aufgetretenen Verwechslungen in der Polarität der Magnete kann hier durch entsprechende Bezeichnung der Hülsen leicht vermieden werden.
Die Anordnung von Dämpferringen K (Fig. 4), welche die Magnete während des Magnetisierungsvorganges in Form einer starken Kurzschlusswindung umgeben und vielfach z. B. bfj einphasigen Synchronmaschinen im Betriebskreis sogar beibehalten werden, hat noch einen besonderen wesentlichen Vorteil.
Nach dem Ausschalten des Magnetisierungsstromes beim Abschluss des Magnetisierungsvorganges wird durch das Verschwinden des den Ring durchsetzenden Flusses kurzzeitig ein Strom in gleicher Richtung wie der abgeschaltete Magnetisierungsstrom aufrecht erhalten, welcher nunmehr der Remanenz im Weich- eisenrückschluss des Zwischenkreises entgegenwirkt, so dass eine nicht unwesentliche Verbesserung der Magnetisierung erzielt werden kann. Bei Fehlen des Dämpferringes K hätte der Dauermagnet von sich aus die zur Beseitigung der Remanenz im Weicheisen notwendigen A W aufzubringen und würde daher von vornherein um diesen Betrag geschwächt erscheinen.
Eine Überschlagsrechnung möge das Verfahren theoretisch begründen :
Es sei angenommen, dass von insgesamt aufgewendeten 3000 A W pro cm Magnetlänge - entsprechend
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rungslinien Fig. 2 ergibt sich damit eine Induktion von zirka 15000 Gauss im Magneten M und von zirka 23500 Gauss in den beiden Seitenteilen C der Hülse B (Fig. 3a).
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in das Rückschlussjoch der Magnetisiercinrichtung entspricht
Unter der weiteren Annahme, dass die Hulsenbreite etwa mit der 1,8-fachen Magnetbreite ausgeführt ist, ergibt sich über diese Übergangsstelle eine Kraftliniendichte von zirka 13000 Gauss.
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teil für die Luftspalte entsprechend kleiner, also z. B. bloss 200 AW.
Im allgemouien kann man daher für den äusseren magnetischen Kreis der Magnetisiereinrichtung tatsächlich bloss mit einem zirka 25 % höheren AW-Aufwand rechnen.
Wird nun die Hülse B aus der Magnetisiereinrichtung entfernt (Fig. 3b), bo bleibt laut Fig. 2 im Dauermagneten M eine Remanenz von etwa 12000 Gauss. Die entsprechende Induktion in den Seitenteilen C der Hülse ist dann etwa 15000 Gauss, was für den weichmagnetischen Werkstoff einen AW-Bedarf von etwa M AW/cm, entsprechend etwa 3 % der Koerzitivkraft des Dauermagneten, bedeutet. Infolge der relativen Kleinheit diese Wertes liegt dann also tatsächlich ein praktisch voMommener magnetischer Kurzschluss des Dauermagneten vor.
Für eine grössere Serienfabrikation, die einen erhöhten Aufwand an Einrichtungen rechtfertigt, ist es unter Umständen von Vorteil, den Zwischenlreis mit dem Magnetisierungskrcis gl@ich zu einer Einheit so zn vrbindn, dass auch die Operation des Herausnehmens des Zwischenkreises zus dem Magnetisierungs-
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werden kann.
Diese Kombination, die an dem Beispiel der Aussenpolmaschine in Fig. 5 naher erläutert wird, unterscheidet sich ihrem Wesen nach nicht von den der Erfindung zugrundeliegenden prinzipiellen Erwägungen.
Auch hier liegt während des Magnetisierungsvorganges der Zwischenlrt.'is B magnetisch in Serie zum Magnetisierungskreis A und erfolgt die Magnetisierung derart, dass die Hülse B möglichst im Sättigungsgebiet magnetisiert wird und sie während des Überschiebvorganges des Magneten für di@sen praktisch einen magnetischen Kurzschluss darstellt. Um das Überschieben zu erleichtern, ist in Fig. 5 die Magnctisierungs- spule W wieder in zwei Teile aufgelöst, so dass der Magnet zwischen diesen Halbspulen zur Anbringung einer entsprechenden Überschiebvorrichtung zugänglich ist.
Die Polschuhe des Magnetisierungskreises A können, wie es auf der linken Seite der Fig. 5 angedeutet
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gegen mechanische Kräfte abgestützt sind.
Unter Umständen können die Seitenteile C, welche die Lappen T des Zwischenkreises B vorne und hinten verbinden und so die eigentliche Hülse für den magnetischen Rückschluss bilden, zum Teil entfallen, da auch der wohl längere und deshalb mit grösserem magnetischen Widerstand behaftete Magnetisie- rungskreis A selbst in einem gewissen Mass als magnetischer Rückschluss während des Überschiebvorganges herangezogen erscheint. Die Bezeichnungen RS M N haben hier dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1c.
Zur Vermeidung zu hoher zusätzlicher Parallelflüsse während des Magnetisierungsvorganges kann eventuell der Magnetisierungskreis während dieser Zeit etwas angehoben, d. h. vom Betriebskreis R, S durch einen Luftspalt getrennt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Magnetisiereinrichtung zur Magnetisierung einzelner oder mehrerer Dauermagnete eines aus einer grösseren Anzahl von Dauermagneten bestehenden, vorzugsweise das Polrad von Synchronmaschinen darstellenden Magnetsystems, dadurch gekennzeichnet, dass dem magnetischen Rückschluss der Dauermagnete dienende Zwischenkreise vorgesehen sind, in die die Dauermagnete vor dem Magnetisieren eingesetzt und mit denen zusammen sie dem Magnetisierungsfluss ausgesetzt werden.